便携式水下粒子图像测速仪与ADV对比试验

本对比测试实验于2013年6月25日在南京水科院铁心桥实验基地高速水流实验室浓度水槽中进行。实验中采用了由挪威Nortek公司出产的ADV和由南京昊控软件技术有限公司出产的PUWPIV-1110A型便携式水下粒子图像测速仪进行对比实验。PUWPIV-1110A型粒子图像测速仪的照相组件浸没于水槽之中，照相组件窗口与水槽流动方向平行。激光组件放置于水槽下方。发射的激光从水槽的有机玻璃底部透射至水中。激光平面与底面垂直，与平均流动方向平行。照相组件窗口距梯形水槽底角为71厘米，距激光平面25厘米。ADV被布置于PIV激光面的后方5厘米处，因而其测量点位于激光平面之内，ADV的采样频率为20Hz。

实验现场截面示意图

通过对获取数据的处理，我们得到瞬时流场和平均流速剖面，并观测到该流动中的湍动涡结构。瞬时流场是断面各点流速减去断面平均流速的结果，由于断面平均流速并不是时均流速，所以此流速和脉动流速有所不同。

瞬时流场与平均流速剖面图

实验比对结果如下：

1.ADV探头位于距底部高程约9 厘米处。平均流速约9厘米／秒，结果如下图（左）所示。

2.ADV探头位于距底部高程约6 厘米处。平均流速约5厘米／秒，结果如下图（右）所示。

PUWPIV与ADV的对比测试结果

通过与标准实验室测流仪器（ADV）的对比，证明了PUWPIV达到了较高的测量准确度。与ADV相比，PIV有如下主要优势：

1.  PUWPIV可测二维流速在二维平面上的瞬时分布，因而可方便的测量流动统计量的剖面结构，而ADV只能测量一点的瞬时速度

2.  PUWPIV测量的空间分辨率可灵活调节，可高于ADV的空间分辨率

3.  PUWPIV可利用高分辨率的特性直接估算湍流的能量耗散，而不需应用速度能量谱惯性区的假设来估算。事实上在较低流速工况下，此能量谱惯性区可能不存在，或误差较大

4.  PUWPIV可利用k-e模型通过对湍动能及耗散率的同时测量估算出涡粘滞／混合系数，而ADV往往无法得到此信息

5.  PUWPIV在测量时可布置在流体中，这给实验室测量和野外测量提供了更广泛的应用前景