PIV技术获取压强分布的数值方法研究

"由PIV的速度场获取压强分布的数值方法，王大伟，王元，通过PIV技术获取的流场速度数据，利用有限容积法对纳维-斯托克斯(N-S)方程进行离散，从而推导出测量区域的压强分布。该方法解决了非接触测量技术中无法直接获得压强信息的问题。文章指出，加密网格和采用高阶精度格式能有效降低因局部梯度过大导致的离散误差。" PIV（粒子图像测速）是一种先进的非接触式流场测量技术，它利用激光和高速摄像机捕捉颗粒在流体中的运动，进而推断流体的速度分布。然而，PIV技术本身无法直接测量压强。王大伟和王元的研究旨在克服这一限制，他们提出了一种数值方法，将PIV测得的速度场数据应用于N-S方程的离散化过程。 N-S方程是描述流体动力学的基本方程，包含了流体速度、压强、密度和粘性等关键参数。在有限容积法中，流体域被划分为多个控制体积，并在这些体积的边界上应用守恒定律。研究者将PIV测量到的速度数据代入离散后的N-S方程，以此求解压强分布。这种方法的关键在于，PIV得到的速度场与同位网格的结构有相似性，两者都是将物理量分配到小区域的中心节点。 在实际应用中，为了提高计算精度，研究者发现采用加密的网格和高阶精度格式能够有效减少由于速度场局部梯度过大导致的离散误差。加密网格意味着在相同区域内增加更多的计算节点，从而更精确地捕捉流场的变化。而高阶精度格式则意味着在离散过程中考虑更高阶的导数项，能够更准确地近似连续方程。 该研究对于理解复杂流场中的压力分布具有重要意义，特别是在那些非接触测量技术至关重要的场合，如实验流体力学、航空航天工程以及环境流体力学等领域。通过这种方法，研究人员和工程师能够结合PIV的速度数据，全面分析流体流动的动态特性，包括压强变化，这对于优化设计、预测流动行为和解决工程问题提供了有力工具。 基金项目的支持也表明，这项工作得到了学术界和工业界的广泛关注，可能引领未来流体测量技术的发展方向。通过不断优化数值方法和提高计算效率，未来有可能实现更加精确的压强分布计算，进一步提升PIV技术在实际应用中的价值。