基于時空粒子圖像的管道流速測量方法及驗證

摘 要： 管道流速測量除了得到流動方向的平均速度，有時還需要得到垂直流動方向的速度分布。該文提出一種新的光學非接觸測量方法——一維粒子圖像測速法（one-dimensional particle image velocimetry， 1D-PIV），利用垂直于流動方向粒子的一維空間信息和時間信息構建時空狀態矩陣，相關上下游兩處時空狀態矩陣即可完成平均流速和流速分布的測量。以DN35 mm 直管搭建實驗測試系統，在顆粒濃度為0.04 g/L 條件下測量流速范圍為84.99～261.10 mm/s 的管道流，以單粒子追蹤測速法（single particle tracking， SPT） 作比對，1D-PIV 測量的平均流速最大相對誤差為2.67%，速度剖面最大相對誤差為近壁面的1.73%。實驗結果證明1D-PIV 是一種簡單有效的管道流速測量方法。

關鍵詞： 管道流速測量; 一維粒子圖像測速; 時空狀態矩陣; 互相關; 單粒子追蹤

中圖分類號： TB96; O351 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2025）01–0105–06