一種新的PIV-PTV混合并行自適應(yīng)算法與基于OpenFOAM環(huán)境的圓柱繞流研究.pdf

1、PIV作為近些年快速發(fā)展起來(lái)的非接觸全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，通過(guò)將流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分并對(duì)各個(gè)網(wǎng)格內(nèi)圖像進(jìn)行互相關(guān)分析獲取流場(chǎng)流動(dòng)信息。目前廣泛應(yīng)用于水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究以及空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。雖然很多國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)PIV技術(shù)進(jìn)行了大量改進(jìn)，但是仍然存在測(cè)量精度和計(jì)算速度方面的問(wèn)題?，F(xiàn)有PIV算法大都要求根據(jù)流場(chǎng)及粒子圖像特征設(shè)定初始參數(shù)，因此使用者的知識(shí)水平往往影響測(cè)量效率及精度。鑒于此，本文提出了一種新的無(wú)需設(shè)定初始參數(shù)的PIV/PTV混合自適應(yīng)單

2、機(jī)多核并行算法。此外，和數(shù)值模擬相比較而言，目前三維PIV技術(shù)發(fā)展不夠成熟，PIV技術(shù)更多的應(yīng)用于二維流速場(chǎng)，而且不能同時(shí)獲得壓強(qiáng)場(chǎng)。本文針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)PIV實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與OpenFOAM開(kāi)源流體計(jì)算軟件數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，證明了PIV實(shí)驗(yàn)與OpenFOAM數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)合具有可行性。這些研究將有力提高PIV技術(shù)的應(yīng)用能力。論文主要工作如下：
　　提出一種 PIV/PTV混合自適應(yīng)算法。該算法首先根據(jù)一個(gè)固定的影像密度計(jì)算出PIV診

3、斷窗口尺寸，進(jìn)而進(jìn)行PIV歸一化互相關(guān)匹配，通過(guò)互相關(guān)值是否超過(guò)規(guī)定閾值，確定該區(qū)域PIV值是否可用于指導(dǎo)PTV計(jì)算，加快計(jì)算速度。在PTV算法中，提出了一種新的基于矢量叉乘的判別相似度的方法，該算法與已有PTV算法相比較，算法相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快?；旌纤惴ǜ鶕?jù)PIV計(jì)算結(jié)果智能選擇矢量叉乘的判別相似度的方法或者智能給定初始計(jì)算參數(shù)的群粒子特性PTV算法。算法從程序的自適應(yīng)、測(cè)量精度、計(jì)算速度上較常用算法有明顯提高。
　　利用Op

4、enMP并行語(yǔ)言對(duì)PIV/PTV混合自適應(yīng)單機(jī)多核算法并行化。受計(jì)算機(jī)硬件條件制約，目前沒(méi)有查閱到文獻(xiàn)提及PIV技術(shù)的多核并行實(shí)現(xiàn)。本文從充分利用計(jì)算機(jī)硬件資源角度出發(fā)，提高了程序計(jì)算速度。
　　介紹OpenFOAM開(kāi)源軟件包以及利用OpenFOAM的不可壓層流解算器icoFoam對(duì)二維圓柱繞流進(jìn)行模擬。結(jié)果表明同樣網(wǎng)格及邊界條件下與 fluent二維模擬對(duì)比結(jié)果基本一致。OpenFOAM為研究人員提供了一款開(kāi)源的流體計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)