[发明专利]一种湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法

权利要求书

1.一种湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，包括：

S1: 采集时间序列粒子图像；

S2: 从时间序列粒子图像中提取近壁区域粒子图像；

S3:确定具有时空分辨率的查询窗口；

S4: 利用具有时空分辨率的查询窗口求取每个近壁区测量点的速度；

S5: 拟合具有时空分辨率的近壁区速度分布；

S6: 利用速度分布拟合得到时空下壁面摩阻信号。

2.根据权利要求1所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

用信号同步器（4）同步控制激光器（1）和高速相机（2）；计算机（3）装有高速图像采集卡，用于连接相机存储数据图像，通过粒子图像测速仪来完成采集；

高速相机（2）拍摄位于平板以下流场区域，计算机（3）利用粒子图像测速仪将控制信号通过信号同步器（4）将信号同步给激光器（1）与高速相机（2）的曝光，高速相机（2）在得到曝光数据采集后，将粒子图像传回到计算机（3）内并存储。

3.根据权利要求1所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

选取05的粘性底层视场作为流场的近壁区域，其中表示内尺度无量纲化的壁面法向高度，且，其中y为距离壁面法向高度，表示壁面摩擦速度，v表示流体运动粘度；将物理空间信息y通过像素分辨率转化为图片中相对应的像素信息进而进行提取。

4.根据权利要求1所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

S31：在近壁区域粒子图像中根据流场中流动情况，设置具有时空分辨率的查询窗口与查询区域；

S32：判断该查询窗口中是否包含足够的粒子灰度信息；

S33：如果查询窗口满足条件，则确定该的查询窗口的时空分辨率；

如果查询窗口不满足条件，扩大查询窗口空间尺度或增加时间尺度重复步骤S32和S33直至查询窗口满足条件；

扩大查询窗口空间尺度即在保证原有的图片序列下，扩大查询窗口的流向距离与法向距离，以此来扩大查询窗口的查询面积，增加该区域的粒子信息；

增加时间尺度即增加图像的序列数，使得在保证原来的查询区域面积不变的情况下，增加多幅图像在该区域的粒子信息。

5.根据权利要求4所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，所述S32中，足够的粒子灰度信息为4-5个粒子。

6.根据权利要求4所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，所述S33中，

当所需的流场信息侧重时间分辨率时，采用扩大查询窗口的空间尺寸，选择流向尺寸远大于法向尺寸的查询窗口；以此达到满足高时间分辨率下查询区域粒子信息充足的技术效果；

当所需的流场信息侧重空间分辨率时，采用增加图像序列，查询窗口设为图像序列中每一副图像中的相同位置，以此达到高空间分辨率下的粒子信息充足的技术效果。

7.根据权利要求1所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

根据确定的时空尺度的查询窗口与查询区域，计算间隔粒子图像在流向方向以及法向方向下的图像相关值；

根据粒子图像相关值的最大值所在的像素位置，，求出近壁区每个查询窗口后运动的位移；

按照像素与实际物理空间的匹配关系得到实际位移；

根据计算每个查询窗口的速度。

8.根据权利要求7所述的湍流场中壁面摩阻时空信号的测量方法，其特征在于，计算图像相关值的过程为：

其中即图像相关值，表示归一化互相关系数，范围为，互相关系数表示图像匹配时图像序列之间的相似程度，当两图像完全相同时，相关系数取值为1，两图像之间灰度分布完全相反时，相关系数取值为-1，与分别表示查询窗口所在的像素位置与经历的后可能运动与后的位置，表示粒子图像流向位移距离，表示粒子图像法向位移距离。