發(fā)布時(shí)間：2017-05-14 15:25

  本文關(guān)鍵詞：基于任意三維邊界識(shí)別的復(fù)雜固體邊界流場(chǎng)三維PIV測(cè)試技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在許多自然界和工程領(lǐng)域的研究中,流固耦合現(xiàn)象十分常見,例如魚在游動(dòng)時(shí)改變自身形態(tài)來(lái)減小運(yùn)動(dòng)阻力、航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)葉柵和高溫氣體發(fā)生劇烈耦合振動(dòng)現(xiàn)象等,精確測(cè)量復(fù)雜固體壁面附近的三維速度場(chǎng),尤其是流固耦合實(shí)驗(yàn)研究中同步測(cè)量獲取三維流場(chǎng)信息和固體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)/變形特征,是剖析和解決這些復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象物理本質(zhì)的關(guān)鍵。激光粒子圖像測(cè)速技術(shù)(Particle Image Velocimetry,簡(jiǎn)稱PIV)由于具有可視化、全場(chǎng)性和非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),目前被廣泛應(yīng)用于流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究中。然而,傳統(tǒng)二維PIV技術(shù)由于不能準(zhǔn)確區(qū)別流固耦合實(shí)驗(yàn)中的固體邊界和示蹤粒子,導(dǎo)致在固體邊界附近區(qū)域的PIV計(jì)算中不能精確地劃分互相關(guān)窗口,從而增大了這些區(qū)域速度場(chǎng)的計(jì)算誤差。另外,在流固耦合問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究中,流體和固體的交界面其實(shí)是任意運(yùn)動(dòng)變形的三維邊界,但是目前針對(duì)PIV測(cè)量中三維復(fù)雜邊界的識(shí)別算法還不完善。因此,為了給復(fù)雜固體邊界近壁流場(chǎng)以及進(jìn)一步研究復(fù)雜的流固耦合問(wèn)題提供實(shí)驗(yàn)方法,本文提出了一種精確測(cè)量任意三維物體邊界的邊界識(shí)別算法,該算法能夠識(shí)別近壁流場(chǎng)測(cè)量中任意三維物體的邊界信息;并同時(shí)應(yīng)用了基于MLOS-SMART(Multiplicative Line Of Sight-Simultaneous Multiplicative Algebraic Reconstruction Techniques)三維粒子場(chǎng)重構(gòu)及三維互相關(guān)算法的層析PIV算法計(jì)算近壁附近的三維速度矢量場(chǎng),最終同步獲取了三維物體結(jié)構(gòu)的邊界特征和近壁三維瞬態(tài)流場(chǎng)。首先,作者為了識(shí)別近壁流場(chǎng)中三維物體的復(fù)雜曲面邊界,提出了基于SURF(Speeded Up Robust Features,加速穩(wěn)健特征)模式識(shí)別算法的三維邊界識(shí)別算法:(1)提取兩張不同視角圖像上具有顯著特征的關(guān)鍵點(diǎn),并對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行特征描述,再利用最近鄰匹配算法和對(duì)極線限制準(zhǔn)則對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的特征描述進(jìn)行準(zhǔn)確匹配;(2)根據(jù)相機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定矩陣基于三角化方法重構(gòu)匹配對(duì),得到空間點(diǎn)云分布,再利用Delaunay triangulation三角剖分算法對(duì)空間點(diǎn)云進(jìn)行曲面重構(gòu),從而獲得空間三維復(fù)雜曲面的幾何形態(tài)。然后,采用雙相機(jī)布置方式獲取了三種已知不同曲率的圓柱曲面圖像,經(jīng)過(guò)了系統(tǒng)的驗(yàn)證分析,證明了本文所提出的三維邊界識(shí)別算法的準(zhǔn)確性。此外,本文還利用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法計(jì)算的近壁圓柱繞流三維速度場(chǎng),并結(jié)合四相機(jī)標(biāo)定矩陣,數(shù)字合成了四組層析PIV粒子圖像序列對(duì),將提出的新算法應(yīng)用于此數(shù)字合成PIV圖像,最終獲得了圓柱邊界的三維形態(tài)以及邊界附近的瞬態(tài)三維流場(chǎng)。通過(guò)將計(jì)算結(jié)果與已知圓柱曲率和CFD計(jì)算的近壁三維速度場(chǎng)對(duì)比,證明了三維邊界識(shí)別算法和層析PIV算法的準(zhǔn)確性,為復(fù)雜固體邊界近壁流場(chǎng)測(cè)試以及流固耦合現(xiàn)象的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究提供了一種有效的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】：三維邊界識(shí)別 SURF模式識(shí)別 MLOS-SMART粒子場(chǎng)重構(gòu) 三維互相關(guān) 近壁圓柱繞流
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究意義及背景9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 激光粒子圖像測(cè)速（PIV）技術(shù)研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 任意物體邊界識(shí)別PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文的主要研究工作18-19
• 第二章 基于SURF模式識(shí)別算法的三維邊界識(shí)別算法19-33
• 2.1 圖像匹配算法簡(jiǎn)介19-20
• 2.2 三維邊界識(shí)別算法基本流程20-22
• 2.3 PIV粒子圖像分離22-23
• 2.4 基于SURF模式識(shí)別算法的三維邊界識(shí)別算法23-32
• 2.4.1 SURF模式識(shí)別算法23-29
• 2.4.2 基于三角化和Delaunay triangulation三角剖分算法的曲面重構(gòu)29-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 多相機(jī)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定和三維邊界識(shí)別算法驗(yàn)證33-45
• 3.1 多相機(jī)測(cè)量系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定33-41
• 3.1.1 相機(jī)標(biāo)定模型和算法簡(jiǎn)介33-40
• 3.1.2 相機(jī)標(biāo)定結(jié)果與分析40-41
• 3.2 三維邊界識(shí)別算法驗(yàn)證41-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 基于任意三維邊界識(shí)別的層析PIV測(cè)量應(yīng)用45-61
• 4.1 層析PIV測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介45-54
• 4.1.1 層析PIV系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)要求46-49
• 4.1.2 多相機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定和體積自標(biāo)定49-52
• 4.1.3 基于MLOS-SMART三維粒子場(chǎng)重構(gòu)算法52-54
• 4.1.4 三維互相關(guān)速度矢量計(jì)算54
• 4.2 任意三維邊界識(shí)別算法的層析PIV測(cè)量應(yīng)用54-59
• 4.2.1 層析PIV數(shù)字合成圖像的生成55-57
• 4.2.2 三維邊界識(shí)別算法和層析PIV算法的計(jì)算結(jié)果分析57-59
• 4.3 本章小結(jié)59-61
• 第五章 結(jié)論與展望61-64
• 5.1 結(jié)論61-62
• 5.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文70-72

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 周文納;杜曉娟;李吉焱;;改進(jìn)的角度邊界識(shí)別方法及其在延吉盆地的應(yīng)用[J];地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào));2013年06期

2 周文納;杜曉娟;李吉焱;;重力數(shù)據(jù)的平面全張量梯度角度邊界識(shí)別方法[J];石油地球物理勘探;2013年06期

3 于中華;張容;唐常杰;左R

本文編號(hào)：365559