PIV在國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域相關(guān)研究中應(yīng)用的探討

童潤(rùn)中

（北方工業(yè)大學(xué) 北京 100144）

0 引言

PIV（Particle Image Velocimetry），即粒子圖像測(cè)速技術(shù)，從20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的激光散斑測(cè)速技術(shù)演變而來，在20世紀(jì)80年代發(fā)展成型[1]。這一技術(shù)相比于傳統(tǒng)的煙線法、紋影法等流場(chǎng)測(cè)量方法，可以使流體運(yùn)動(dòng)的流場(chǎng)測(cè)算得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

1 PIV基本原理

PIV的基本原理：在流體中加入體積較小的粒子，通過粒子對(duì)流體較好的跟隨性對(duì)流體的流動(dòng)進(jìn)行示蹤，再通過適當(dāng)?shù)墓庠春蛿?shù)字相機(jī)捕捉粒子實(shí)時(shí)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到粒子圖像測(cè)速結(jié)果。

現(xiàn)在業(yè)界普遍使用的PIV系統(tǒng)都由光源照明系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組成，其中光源照明系統(tǒng)是使用雙脈沖激光照射到柱面透鏡上形成片光源，用片光源對(duì)流場(chǎng)中的示蹤粒子進(jìn)行照明，被激光照亮的示蹤粒子由數(shù)字相機(jī)采集圖像，采集到的瞬時(shí)圖像信號(hào)再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行互相關(guān)分析處理，最后形成準(zhǔn)確的流場(chǎng)數(shù)據(jù)[2]，其處理過程見圖1。

2 PIV發(fā)展歷程

在PIV技術(shù)出現(xiàn)之前，人們對(duì)于流場(chǎng)的研究主要是通過數(shù)據(jù)模擬計(jì)算以及使用染色法一類的較為粗糙的流場(chǎng)檢測(cè)方式進(jìn)行研究，這導(dǎo)致人們對(duì)于流場(chǎng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)不夠準(zhǔn)確，尤其是在面對(duì)復(fù)雜三維非定常流場(chǎng)時(shí)傳統(tǒng)的檢測(cè)方法更是難以將其準(zhǔn)確檢測(cè)出來。因此，在1984年由Adrian提出的PIV檢測(cè)技術(shù)具有很大的意義，使人們對(duì)于流場(chǎng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)水平達(dá)到了全新的高度。

經(jīng)過多年的發(fā)展，PIV的圖像采集系統(tǒng)已經(jīng)由最初的膠片采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的CCD相機(jī)采集系統(tǒng)[2]，每秒傳輸?shù)膱D像幀數(shù)最高可達(dá)106量級(jí)。同時(shí)PIV的照明系統(tǒng)也由最初的簡(jiǎn)單照明系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈叩哪芰枯敵龊透叩募ぐl(fā)頻率的脈沖激光照明系統(tǒng)，這可以實(shí)現(xiàn)圖像的清晰高速捕捉。隨著PIV圖像采集系統(tǒng)的逐步升級(jí)，其可采集的流場(chǎng)空間范圍由二維拓展到三維，對(duì)于三維流場(chǎng)的檢測(cè)技術(shù)主要分為立體PIV、全息PIV、層析PIV，立體PIV主要是通過多個(gè)相機(jī)在不同機(jī)位對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)；全息PIV主要是利用全息底片記錄流場(chǎng)的干涉光和物光而對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)；層析PIV主要是在立體PIV的基礎(chǔ)上利用多個(gè)相機(jī)捕捉流場(chǎng)中多層流動(dòng)面，而后逐層顯示出流場(chǎng)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)如今，PIV已經(jīng)廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，在船舶、航空、機(jī)械、土木等方面的研究中都發(fā)揮了重要作用，使得研究中對(duì)于流體的流場(chǎng)數(shù)據(jù)有了更加準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，這對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有較大的意義。

3 在船舶領(lǐng)域研究的應(yīng)用

隨著船舶的發(fā)展，對(duì)船舶相關(guān)的流場(chǎng)研究也逐步深入，尤其是對(duì)于船舶水下結(jié)構(gòu)和船舶推進(jìn)器構(gòu)造等方面的研究，這些研究所涉及的流體運(yùn)動(dòng)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)是進(jìn)行分析計(jì)算的關(guān)鍵所在，因此PIV技術(shù)可以在船舶領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較為廣泛的應(yīng)用。

3.1 客滾船風(fēng)阻流場(chǎng)的PIV研究

客滾船目前在國(guó)內(nèi)已有很多，客滾船在水上運(yùn)輸中起到的作用已經(jīng)越來越大，對(duì)于客滾船在運(yùn)行中所受的風(fēng)阻不僅影響船體運(yùn)行的機(jī)械效率，也影響船體運(yùn)行的穩(wěn)定性。孫寒冰等[3]為了研究客滾船在不同氣流影響下的風(fēng)阻大小，利用PIV分析了客滾船在不同風(fēng)速和風(fēng)向流場(chǎng)分布，得到了縱向、橫向以及水平向的空氣流場(chǎng)數(shù)據(jù)。在他們的研究中，使用粒徑20 μm的橄欖油分子作為示蹤粒子，使用激光器和柱面透鏡產(chǎn)生片光源，使用風(fēng)洞產(chǎn)生氣流驅(qū)動(dòng)示蹤粒子運(yùn)動(dòng)，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像捕捉，使用縮比為1∶100的某客滾船模型作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，檢測(cè)了客滾船模型在不同風(fēng)向情況下的氣流流場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)示意圖見圖2。

通過對(duì)PIV檢測(cè)得到的流場(chǎng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)客滾船進(jìn)行側(cè)滑角逐漸由0°變?yōu)?80°，風(fēng)阻呈現(xiàn)拋物線變化規(guī)律，偏航力矩呈現(xiàn)先正后反的變化規(guī)律，并且氣流在船體后側(cè)會(huì)出現(xiàn)一定的分離渦。

3.2 船艏入水的PIV研究

艦船在海面上長(zhǎng)期航行的過程中會(huì)有大量海水與船體的相互作用，這些相互作用所產(chǎn)生的液流呈現(xiàn)出明顯的流體規(guī)律。佘文軒等[4]為了研究曲率條件復(fù)雜的船艏邊界，在入水過程中流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)演變及其相關(guān)現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理，使用PIV技術(shù)對(duì)艦艏下水的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行圖像捕捉，使用縮比為1∶200的艦艏模型研究了3 600 TEU集裝箱船的艦艏入水過程。在他們的研究中，使用粒徑20 μm的聚酰胺微珠作為示蹤粒子，使用激光器和柱面透鏡產(chǎn)生片光源，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像捕捉，分別檢測(cè)了艦艏在初速度為0.99 m/s和3.33 m/s情況下入水的流場(chǎng)變化過程。

通過對(duì)PIV檢測(cè)得到的流場(chǎng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，艦艏以0.99 m/s速度入水時(shí)加速度變化較慢，過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低速的射流，射流會(huì)受艦艏內(nèi)凹壁面引導(dǎo)產(chǎn)生一個(gè)低速的流動(dòng)鞍點(diǎn)；而以3.33 m/s速度入水時(shí)加速度變化較快，會(huì)發(fā)生兩次較大程度的流體抨擊，過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脫離艦艏內(nèi)凹壁面的高速射流。

3.3 潛艇水動(dòng)力的PIV研究

潛艇在水下潛行時(shí)受到來自水的阻力是影響潛艇正常運(yùn)行的重要因素，對(duì)潛艇潛行時(shí)周身的流場(chǎng)研究可以對(duì)潛艇所受的運(yùn)行阻力進(jìn)行更加準(zhǔn)確的測(cè)算，這對(duì)于潛艇的改造升級(jí)有著巨大的作用。周廣利等[5]為了更清晰地展示《潛艇潛器水動(dòng)力測(cè)試原理與設(shè)備》本科課程中潛艇在水中的運(yùn)行情況，使用PIV技術(shù)展示潛艇在水中的流場(chǎng)。在他們的研究中，使用粒徑44 μm的空心玻璃微珠作為示蹤粒子，使用激光器和柱面透鏡產(chǎn)生片光源，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像捕捉，使用循環(huán)水槽產(chǎn)生液流，使用縮比為1∶50的潛艇模型作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，展示了潛艇在水中運(yùn)行的流場(chǎng)變化情況。

通過對(duì)潛艇水動(dòng)力的PIV研究，得到了一定流速下潛艇中縱剖面的瞬態(tài)流場(chǎng)速度圖，再將多個(gè)瞬態(tài)圖進(jìn)行平均處理可以得到時(shí)均流場(chǎng)速度云圖，這對(duì)于潛艇水動(dòng)力的展示更加細(xì)致，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所不能達(dá)到的高度。

4 在航空領(lǐng)域研究的應(yīng)用

航空是人們通過飛行器在地球大氣層進(jìn)行飛行的活動(dòng)。在航空工程領(lǐng)域的研究主要在于各種飛行器的研發(fā)改造，飛行器的升空航行主要需要依靠對(duì)于空氣流體有效掌控，因此利用PIV技術(shù)在航空領(lǐng)域?qū)怏w流場(chǎng)的檢測(cè)就具有重要意義。

4.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)回流燃燒室的PIV研究

燃燒室是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)劣會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。劉濤等[6]為了對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的回流燃燒室內(nèi)部冷態(tài)流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化測(cè)量，自主搭建了一套內(nèi)窺式PIV系統(tǒng)對(duì)其內(nèi)部冷態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行了流場(chǎng)檢測(cè)。這套內(nèi)窺式PIV系統(tǒng)主要由供氣系統(tǒng)、PIV成像設(shè)備、激光器組成。在他們的研究中，使用粒徑2 μm的癸二酸二異辛酯作為示蹤粒子，使用激光器和柱面透鏡產(chǎn)生片光源，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像捕捉，再通過內(nèi)窺鏡分別將激光發(fā)射孔和相機(jī)觀測(cè)孔從不同的位置連接至燃燒室的流場(chǎng)檢測(cè)區(qū)，用來檢測(cè)得到回流燃燒室運(yùn)行時(shí)的流場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)示意圖見圖3。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，通過內(nèi)窺鏡對(duì)回流燃燒室進(jìn)行PIV檢測(cè)的方案是可行的。PIV系統(tǒng)對(duì)回流燃燒室的流場(chǎng)檢測(cè)圖像比較清晰，可以達(dá)到較高的分辨率，在回流燃燒室內(nèi)可以觀測(cè)到明顯的射流。

4.2 機(jī)翼結(jié)構(gòu)流型的PIV研究

機(jī)翼是飛行器的關(guān)鍵部件，是使飛行器充分轉(zhuǎn)化空氣動(dòng)力的重要部分。夏天宇[7]為了改進(jìn)飛行器中的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，使其更加符合空氣動(dòng)力學(xué)，使用PIV技術(shù)研究了機(jī)翼結(jié)構(gòu)的氣流流動(dòng)特性。在他的研究中，使用丹麥Dantec公司研發(fā)的PIV系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，使用3D打印的30P30N標(biāo)準(zhǔn)翼型三段翼作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過針對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象自行修改的激光光路照明，得到了主翼后側(cè)、襟翼縫道、襟翼表面的氣流流場(chǎng)數(shù)據(jù)。

通過對(duì)特定機(jī)翼結(jié)構(gòu)的PIV研究，發(fā)現(xiàn)通過改變激光照明的光路可使PIV系統(tǒng)對(duì)于特定機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為清晰的流場(chǎng)顯示，并發(fā)現(xiàn)改變襟翼縫道寬度可使機(jī)翼更易于飛行器爬升。

4.3 射流管電液伺服閥的PIV研究

射流管電液伺服閥是通過電氣模擬信號(hào)調(diào)節(jié)射流的流量和壓力的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于軍用飛機(jī)、民航客機(jī)、核電、汽輪機(jī)等領(lǐng)域。來自中船重工集團(tuán)的第七〇四研究所的黃增等[8]為了對(duì)射流管伺服閥的嘯叫問題進(jìn)行研究，利用PIV技術(shù)對(duì)射流管伺服閥中心平面進(jìn)行流場(chǎng)檢測(cè)，得到了射流管電液伺服閥開啟后清晰的閥內(nèi)流場(chǎng)數(shù)據(jù)。

他們研究發(fā)現(xiàn)，射流管電液伺服閥發(fā)生嘯叫的主要原因是閥內(nèi)接收器腔在液壓進(jìn)行過程中會(huì)產(chǎn)生高速的渦流，進(jìn)而引起共振導(dǎo)致伺服閥的嘯叫。由此他們改進(jìn)了射流管電液伺服閥的結(jié)構(gòu)，使用套筒加裝在閥體上，這對(duì)于改善伺服閥內(nèi)部流動(dòng)和減小伺服閥嘯叫起到了很大作用。

5 在機(jī)械領(lǐng)域研究的應(yīng)用

機(jī)械工程是利用物理定律對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的工程，在機(jī)械領(lǐng)域與流體相關(guān)的各種設(shè)計(jì)制造都需要精確考慮流體的流動(dòng)，PIV技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域研究的應(yīng)用可以對(duì)相關(guān)機(jī)械的設(shè)計(jì)制造提供更為豐富的參考。

5.1 風(fēng)力機(jī)葉尖渦初始渦量值演變規(guī)律的PIV研究

風(fēng)力機(jī)是借助風(fēng)力驅(qū)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，其中的葉片是承載風(fēng)力轉(zhuǎn)化的重要部件，風(fēng)能轉(zhuǎn)化的機(jī)械效率與風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，氣流在葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的葉尖渦，可使氣流在葉片旋轉(zhuǎn)過程中保持基本流場(chǎng)。呂文春等[9]對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣流產(chǎn)生的葉尖渦進(jìn)行了PIV研究，相比于之前的數(shù)值計(jì)算研究可以得到更加清晰的流場(chǎng)數(shù)據(jù)，有利于對(duì)葉尖渦流場(chǎng)進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析。在他們的研究中，使用小型水平軸風(fēng)力機(jī)（葉片是SD2030翼型）作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用風(fēng)洞產(chǎn)生氣流，在氣流驅(qū)動(dòng)葉片發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)檢測(cè)葉片的氣流流場(chǎng)，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，得到了在不同風(fēng)速、風(fēng)向、葉片轉(zhuǎn)速情況下葉尖渦渦量的變化情況，實(shí)驗(yàn)示意圖見圖4。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力機(jī)葉片產(chǎn)生的葉尖渦渦量與風(fēng)速、風(fēng)向偏航角、葉片轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，葉尖渦初始渦量值隨著葉尖速比的增大而近似呈現(xiàn)遞增規(guī)律；當(dāng)風(fēng)速和葉片轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，葉尖渦初始渦量會(huì)隨著偏航角的增大而迅速下降；當(dāng)風(fēng)速和偏航角恒定時(shí)，葉尖渦初始渦量值會(huì)隨著葉片轉(zhuǎn)速的增大而增大；當(dāng)偏航角和葉片轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，葉尖渦初始渦量會(huì)隨著風(fēng)速的增大而減小。

5.2 全域風(fēng)空調(diào)出風(fēng)形態(tài)的PIV研究

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，空調(diào)已經(jīng)成為眾多家庭里必備的家用電器之一，人們對(duì)于空調(diào)舒適性的需求日益突出，對(duì)于空調(diào)出風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)就尤為重要。吳雪良等[10]為了改進(jìn)傳統(tǒng)空調(diào)冷風(fēng)直吹的問題，專門使用PIV技術(shù)對(duì)室內(nèi)空調(diào)不同的出風(fēng)模式進(jìn)行氣流流場(chǎng)檢測(cè)，得到了豐富的氣流流場(chǎng)數(shù)據(jù)。在他們的研究中，使用醫(yī)用石蠟油作為示蹤粒子，使用激光器和柱面透鏡產(chǎn)生片光源，分別使用全域風(fēng)空調(diào)和普通空調(diào)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，分別檢測(cè)了全域風(fēng)空調(diào)和普通空調(diào)在不同參數(shù)設(shè)置下的出風(fēng)氣流流場(chǎng)。

他們的研究發(fā)現(xiàn)，全域風(fēng)空調(diào)相比普通空調(diào)，所采用的送風(fēng)通道初始風(fēng)速較大、氣流傾斜角度較小，并且可使兩股氣流混合進(jìn)行送風(fēng)，這可以避免冷風(fēng)直吹的同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離送風(fēng)，在不犧牲風(fēng)量或冷量的情況下提升送風(fēng)的舒適性。

5.3 仿生鯨尾型攪拌槳反應(yīng)器流場(chǎng)的PIV研究

攪拌反應(yīng)器適用于各類液體的攪拌反應(yīng)，在各種農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥的應(yīng)用中發(fā)揮了重要的作用。韓定強(qiáng)等[11]自行設(shè)計(jì)了一種仿生鯨尾型攪拌槳，即WTT攪拌槳，這種攪拌槳與傳統(tǒng)的RT攪拌槳有不同的液體攪拌效果，使用PIV技術(shù)對(duì)兩種攪拌槳在反應(yīng)器內(nèi)攪拌時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行了檢測(cè)，得到了各攪拌槳在反應(yīng)器內(nèi)的詳細(xì)流場(chǎng)數(shù)據(jù)。在他們的研究中，粒徑44 μm的空心玻璃微珠作為示蹤粒子，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，得到了RT攪拌槳和WTT攪拌槳在不同攪拌速度下的流場(chǎng)數(shù)據(jù)。

他們經(jīng)過對(duì)流場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，WTT攪拌槳在攪拌過程中徑向速度較大，機(jī)械效率更高，可使攪拌的流體實(shí)現(xiàn)更充分的混合。

6 在土木領(lǐng)域研究的應(yīng)用

土木工程是人們?yōu)榱诵藿ɑ蚋脑旄黝愅聊驹O(shè)施等所進(jìn)行的工程，其中包括勘察、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝和維護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)工作。在進(jìn)行各項(xiàng)土木工程的技術(shù)工作中，有時(shí)需要考慮到液流或者氣流對(duì)工程結(jié)構(gòu)帶來的影響，這種情況下使用PIV技術(shù)對(duì)其中的流場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)就可以使得工程的進(jìn)行更加符合流體力學(xué)規(guī)律，受到更小的流體影響。

6.1 沖刷狀態(tài)下樁土變形機(jī)制的PIV研究

樁土是用于固定土木設(shè)施的重要基礎(chǔ)，通常深埋于地下，需要包括承擔(dān)地上土木結(jié)構(gòu)的垂直荷載，以及風(fēng)、波浪、撞擊等因素造成的水平荷載。楊曉峰等[12]為了研究沖刷狀態(tài)下樁土的變形機(jī)制，使用PIV技術(shù)對(duì)模擬的細(xì)沙樁土進(jìn)行分析，得到了細(xì)沙樁土在沖刷狀態(tài)下發(fā)生變形的詳細(xì)流場(chǎng)數(shù)據(jù)。在他們的研究中，使用自制的模型箱作為樁土床裝容器，使用粒徑為1.1 mm的細(xì)沙樁土顆粒作為示蹤粒子，分別使用直徑為20 mm和50 mm的半圓柱作為模型樁放置于細(xì)沙樁土中，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，得到了在不同沖刷條件下的樁土水平變形數(shù)據(jù)。

他們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樁土鋪設(shè)完成并安裝好樁體后，受到水平方向的荷載時(shí)，其土體位移和剪切應(yīng)變方向是朝樁體半徑方向和深度方向逐漸發(fā)展的。

6.2 階梯形丁壩水流結(jié)構(gòu)的PIV研究

階梯型丁壩在航道整治工程中有著巨大的作用，相比于單式斷面丁壩，可利用各級(jí)臺(tái)階分散壩頭的集中繞流，使局部沖坑深度減小的同時(shí)保持壩頭穩(wěn)定。王世鵬等[13]就階梯型丁壩的水流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了PIV研究，得到了水流流經(jīng)階梯型丁壩的詳細(xì)流場(chǎng)數(shù)據(jù)。在他們的研究中，使用自制水槽模擬階梯型丁壩，使用激光器和柱面透鏡產(chǎn)生片光源，使用CMOS相機(jī)進(jìn)行圖像捕捉，得到了階梯型丁壩中水流的流速、雷諾應(yīng)力、紊動(dòng)強(qiáng)度、紊動(dòng)能等相關(guān)參數(shù)。

他們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水流流經(jīng)階梯型丁壩時(shí)可以在縱剖面劃分出順流區(qū)、回流區(qū)、過渡區(qū)，順流區(qū)在上側(cè)，過渡區(qū)和回流區(qū)在下側(cè)，各區(qū)縱向時(shí)均流速總體相似，其他相關(guān)參數(shù)各有不同。

7 PIV的未來發(fā)展趨勢(shì)

目前PIV技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在很多領(lǐng)域都可以檢測(cè)得到較為詳細(xì)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)，為了使PIV技術(shù)能得到更廣泛的應(yīng)用，還需要在圖像捕捉和圖像分析上進(jìn)行進(jìn)一步的提高。

在圖像捕捉方面，可以從多個(gè)不同方位進(jìn)行PIV圖像捕捉。段雙成等[14]為了實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的PIV探測(cè)，使用了3臺(tái)CCD相機(jī)對(duì)水流直管進(jìn)行圖像捕捉，并使用層析技術(shù)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行逐層圖像捕捉，使得捕捉得到的流場(chǎng)數(shù)據(jù)更加立體化，實(shí)現(xiàn)了三機(jī)位層析PIV的技術(shù)突破。

在圖像分析方面，可以使用深度學(xué)習(xí)對(duì)PIV圖像進(jìn)行分析修復(fù)，覃子宇等[15]為了使PIV檢測(cè)得到的燃燒室內(nèi)流場(chǎng)圖像更加清晰，使用深入學(xué)習(xí)的技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行了異常檢測(cè)，并通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)修復(fù)，使流場(chǎng)可以更清晰地顯示出速度數(shù)值。此外，還有鄧志文等[16]就PIV系統(tǒng)中所產(chǎn)生的誤差推導(dǎo)出了誤差分布規(guī)律函數(shù)，再通過將其與連續(xù)伴隨算法耦合，可以優(yōu)化算法的目標(biāo)損失函數(shù)并提高抗誤差干擾能力。

8 結(jié)語

綜上所述，PIV作為流體力學(xué)普遍使用的流場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)在船舶、航空、土木、機(jī)械、生物、土木等諸多領(lǐng)域體現(xiàn)了價(jià)值。隨著激光照明技術(shù)和相機(jī)成像技術(shù)的日益成熟，PIV在流場(chǎng)的檢測(cè)精度、檢測(cè)范圍和檢測(cè)方式上都已經(jīng)達(dá)到了較高水平，對(duì)于不同類別、不同形態(tài)的流體都可以實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)，包括氣體、液體和細(xì)沙流體都可以檢測(cè)得到詳細(xì)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)。而且PIV也不僅限于使用相機(jī)鏡頭進(jìn)行流場(chǎng)檢測(cè)，還可以使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢測(cè)，這使得PIV可以檢測(cè)的對(duì)象更加豐富。未來隨著PIV技術(shù)的進(jìn)一步市場(chǎng)化，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)進(jìn)一步增多，很多未曾預(yù)見到的應(yīng)用價(jià)值都將逐步顯現(xiàn)。