介绍潜航体兴波伴流场的表面PIV测量方法,对表面PIV的标定,示踪粒子的选择,背景干扰流场的消除方法以及表面PIV测量精度等问题开展分析讨论。实验表明:运用表面PIV技术可灵敏地探测到潜航体微弱的V型兴波伴流场,该兴波伴流场可以用潜航体的‘源-汇’效应解释。本文采用普通CCD数码摄像机以及普通光源摄取表面粒子图像,与传统的激光PIV设备相比,不仅经济而且使用方便,测量结果精确可靠,运用表面PIV技术测量表面微弱流场的精度可达0.01 pixel。
This paper is mainly to introduce an experimental method for measuring wave making of underwater moving body by PIV. Apart from of analysing the principle of Surface-PIV, defining coordinate, and how to eliminate interference from background, the precision of Surface-PIV is also analysed in detail. Experiment show that‘V’type wave and sourcesink effect are successfully detected. Comparing with the traditional PIV, Surface-PIV is not only economical and practicable under the laboratory conditions, but also accurate and reliable. Effective accuracy of Surface-PIV can reach 0.01pixel.
2016,38(6): 75-80 收稿日期：2015-09-15
DOI：10.3404/j.issn.1672-7619.2016.06.015
分类号：P714.3;O353.2
基金项目：海军工程大学自然科学基金资助项目(HJGSK2014G122)
作者简介：周文进(1990-),男,硕士研究生,从事分层海水内波现象研究。
参考文献：
[1] 张军, 张效慈, 赵峰, 等. 源于水动力学的潜艇尾迹非声探测技术研究之进展[J]. 船舶力学, 2003, 7(2):121-128.
[2] 魏岗, 戴世强. 分层流体中运动源生成的内波研究进展[J]. 力学进展, 2006, 36(1):111-124.
[3] CHEN Y Q, FENG J, ZHU M H. Detection methods of submerged mobile using SAR images[C]//Proceedings of 2005 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Seoul:IEEE, 2005, 3:1717-1720.
[4] 马晖扬, 麻柏坤, 张人杰. 分层流体中运动物体与自由面相互作用的实验研究[J]. 流体力学实验与测量, 2000, 14(3):7-11, 17.
[5] 洪方文, 常煜. 均匀流中潜艇水下运动表面尾迹的数值模拟[J]. 船舶力学, 2005, 9(4):9-17.
[6] 张效慈. 潜艇内波尾迹物理场在海面映波量值的确定[J]. 船舶力学, 2005, 9(4):25-30.
[7] VOROPAYEV S I, FERNANDO H J S, SMIRNOV S A, et al. On surface signatures generated by submerged momentum sources[J]. Physics of Fluids, 2007, 19(7):076603.
[8] 秦朝峰, 陈旭, 于佳. 跃层中运动小球产生的内波对表层流场的影响[J]. 中国海洋大学学报, 2009, 39(S):303-310.
[9] ROTTMAN J W, BROUTMN D, SPEDDING G R, et al. Internal wave generation by a horizontally moving sphere at low Froude number[C]//Proceedings of the 25th Symposium on Naval Hydrodynamics, St. John's. Canada:Newfoundland and Labrador, 2004.
[10] 姚志崇, 赵峰, 梁川, 等. 分层流体中拖曳球体尾流及辐射内波试验研究[J]. 船舶力学, 2014, 18(11):1275-1283.
[11] 陈祥瑞. 基于分层流水面CCD影像的运动潜体尾迹结构特征实验及其应用研究[D]. 南京:南京理工大学, 2014.
[12] 马晖扬, 麻柏坤, 张人杰. 分层流体中物体运动尾迹的理论和实验研究[J]. 中国科学技术大学学报, 2000, 30(6):677-684.
[13] 魏岗, 乐嘉春, 戴世强. 有限深度两层流体系统中运动点源生成的内波及其与自由面的相互作用[J]. 应用数学和力学, 2003, 24(9):906-918.
[14] HUDIMAC A A. Ship waves in a stratified ocean[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1961, 11(2):229-243.
[15] GASPAROVIC R F, APEL J R, KASISCHKE E S. An overview of the SAR internal wave signature experiment[J]. Journal of Geophysical Research:Oceans (1978-2012), 1988, 93(C10):12304-12316.
