CN114441798A - 一种基于piv的环空流场特性测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供一种基于PIV的环空流场特性测量系统及方法。所述系统包括环空管路和PIV测量装置；所述环空管路包括外管和内管；所述外管上设置有出水口和入水口，用于向所述外管和内管所构成的环空中输入测试液体；所述测试液体中需加入示踪粒子；所述PIV测量装置用于获取对应于环空管路流场中示踪粒子的互相关图像，并基于所述互相关图像计算出环空流场速度，进而根据所述环空流场速度计算环空流场参数。上述系统使得所获取的环空流场参数能够与不同类型的环空流场相对应，保证了对于环空流场的研究的全面性，有利于后续研究中基于所述环空流场参数进行进一步的机理研究。

Description

一种基于PIV的环空流场特性测量系统及方法

技术领域

本说明书实施例涉及流体力学测试技术领域，特别涉及一种基于PIV的环空流场参数获取系统及方法。

背景技术

环空流动是基于环空套管所产生的流场，广泛存在于石油行业的各个环节中，具体的，在钻井、完井、压裂、酸化、采油、修井等作业中均涉及环空流动。环空流动对应的流场参数，以及流体通过环空管路时所产生的流动压力损失，对于控压钻井、泵压预测等实际工程均具有重要的研究意义，能够有效指导生产开发的进行。

但是，目前针对环空流动的研究只停留在被动分析实际开采过程的地步，缺乏对于环空管路流场特性的实验研究，进而使得缺少对应于环空流场特性的相关参数，难以进行后续的分析步骤。因此，如何有效构建实验模型，以获取环空流场的相关参数，是当前所亟需解决的问题。

发明内容

本说明书实施例的目的是提供一种基于PIV的环空流场参数获取系统及方法，以解决如何有效模拟环空流场以获取对应的环空流场参数的问题。

为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种基于PIV的环空流场特性测量系统，包括环空管路和PIV测量装置；所述环空管路包括外管和内管；所述外管上设置有出水口和入水口，用于向所述外管和内管所构成的环空中输入测试液体；、所述测试液体中包含有示踪粒子；所述PIV测量装置用于获取对应于环空管路的互相关图像，并基于所述互相关图像计算环空流场速度，进而根据所述环空流场速度得到环空流场参数；所述环空流场特性包括环空流场速度和环空流场参数；所述互相关图像用于表示不同时刻示踪粒子在流场中的位置。

本说明书实施例还提出一种基于PIV的环空流场特性测量方法，所述环空流场特性包括环空流场速度和环空流场参数；所述方法包括：向环空管路中输入测试流体；所述环空管路由外管和内管构成；所述测试流体中包含有示踪粒子；利用PIV测量装置获取对应于所述环空管路的互相关图像；所述互相关图像用于表示不同时刻示踪粒子在流场中的位置；基于所述互相关图像计算环空流场速度；根据所述环空流场速度计算环空流场参数。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例通过构建环空流场特性测量系统，使得通过所述环空流场特性测量系统内的环空管路模拟实际应用中的环空；在向环空管路的环空中注水时，在所输入的测试液体中添加示踪粒子，使得通过PIV测量装置获取到对应于环空管路流场的互相关图像后，能够根据互相关图像中所显示出的示踪粒子的位置信息变动情况来确定环空流场速度，并基于环空流场速度求取得到环空流场参数。由于上述环空流场特性测量系统中，环空管路是人为构造的井筒模型，因此可以根据环空模型研究的需求，对环空管路的结构进行调整，从而得到不同类型的环空流场，使得所获取的环空流场特性能够与不同类型的环空流场相对应，保证了对于环空流场的研究的全面性，有利于后续基于所述环空流场参数进行进一步的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例一种基于PIV的环空流场特性测量系统的结构图；

图2为本说明书实施例一种外管的示意图；

图3为本说明书实施例一种内管的示意图；

图4为本说明书实施例一种基于PIV的环空流场特性测量方法的流程图。

附图标记说明：1、水箱；2、阀门；3、离心泵；4、流量计；5、外管；6、内管；7、方形法兰；8、入水口；9、内管支撑部件；10、测压孔；11、观察箱；12、出水口；13、内管连接装置；14、变截面装置；15、压差表；16、CCD相机；17、导轨；18、同步器；19、数据处理设备；20、脉冲激光器；21、片光源；22、变频器；23、数据采集卡。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出了一种基于PIV的环空流场特性测量系统。如图1所示，为所述基于PIV的环空流场特性测量系统的整体示意图。针对所述基于PIV的环空流场特性测量系统中不同模块所实现的功能，可以将其划分为环空管路和PIV测量装置。

环空管路是用于模拟实际应用中的环空套管的装置。所述环空管路包括外管5和内管6。所述内管6的直径小于外管5的直径，且所述内管6设置在所述外管5的内部。所述外管5上设置有出水口12和入水口8。在通过入水口8注入液体后，液体在外管5和内管6之间的环空中流动，并从出水口12排出，从而实现对于实际应用中环空流场的模拟。

如图2所示，为所述环空管路的外管5的一种实施例的示意图。外管5的两端分别设置有入水口8和出水口12，分别用于实现注水和排水。如图所示，将入水口8设置在下端，出水口12设置在上端，避免了重力排水对流场的干扰，更好地保证实验的可控性。实际应用中也可以根据具体需求对出水口12和/或入水口8的数量和设置位置进行调整，并不限于上述示例，在此不再赘述。

所述外管5的两端分别设置有内管支撑部件9。所述内管支撑部件9用于固定内管6。所述内管支撑部件9可以是设置在外管5端面上的突起模块，所述突起模块的大小可以与内管6的管口大小相吻合，使得内管6能够被稳定地固定在外管5的内部，从何保证环空管路的有效构成。

优选的，所述内管支撑部件9可以设置在外管5端面的中心，在通过内管支撑部件9固定内管6时，相应的也使得内管6的中轴线与外管5的中轴线重合，即内管6位于外管5的中心，以保证实验效果。

在一些实施方式中，为了获取更好的观察效果，可以在环空管路的外部设置观察箱11，将环空管路放置在观察箱11中。由于环空管路为圆柱形，若直接通过环空管路进行观察，由于光的折射效果等因素的影响，使得拍摄到的图像可能会出现变形，影响后续分析过程的进行。

因此，可以在环空管路外设置观察箱11，所述观察箱11为立方体，在对环空管路内进行拍照或向环空管路内照射光线时，可以基于观察箱11的某一个平面进行观察或光照，以保证观察效果。优选的，在所述观察箱11与外管5之间也可以注入不包含示踪粒子的透明液体，从而进一步优化对于环空流场的观察效果。

相应的，为了保证对于环空管路中的流场的观察效果，所述观察箱11和外管5为透明材料，优选的，观察箱11和外管5为透明亚克力材料，从而能够透过观察箱11和外管5观察到内部的流场情况。

在一些实施方式中，所述环空流场特性测量系统中包括至少两段环空管路，如图2所示，该示例中即包含有两段环空管路，即存在有两段相连的外管5。相应的，可以利用方形法兰7连接相邻的环空管路。实际应用中，对于外管5的加工长度可能存在有限制，例如只能加工至两米，但在实验模拟时，两米内无法有效实现环空流场的充分发展，因此，可以通过方形法兰7将不同长度的外管5进行连接以加长管道长度。

而由于观察箱11的形状为方形，为了保证连接的环空管路之间的适配性，采用方形法兰7能够保证不同井筒之间更好的连接。实际应用中根据需要也可以调整所述方形法兰7的形状，例如也可以设置为圆形法兰等，对此不做限制。

所述外管5上还可以设置测压孔10，所述测压孔10可以用于放置压力传感器。各个压力传感器的传感数据传递至压差表15，通过压差表15能够获取环空管路中不同位置之间的环空流场压力损失，即确定不同距离的环空流场压力损失，以进行相应的数据分析。

图3为本说明书实施例中对内管6结构进行描述的示意图。相应的，在所述环空流场参数获取系统中包含有多段环空管路的情况下，也包含有多段内管6。外管5之间通过方形法兰7进行连接，而内管6之间可以通过内管连接装置13进行连接。所述内管连接装置13的形状可以尽可能接近内管6的形状，以减小连接部分形状变化对于环空流场的影响。

在一些实施方式中，在内管6的外周还可以安装有变截面装置。所述变截面装置位于外管5和内管6之间的环空中。由于变截面装置位于外管5和内管6之间的流场中，因此，通过改变所述变截面装置的长度和/或环径和/或形状能够对环空管路内的环空流场造成影响。在模拟实验的过程中，可以根据对于不同流场类型的需求，调整所述变截面装置的相关参数，以引发相应的流场变化。对于所述变截面装置的形状的调节程度越大，对于环空流场的影响程度也越大。

优选的，为了保证实验结果的获取，所述变截面装置的长度不应长于观察箱11的长度。当变截面装置的长度长于观察箱11的长度时，对于环空流场的影响区域可能超出观察箱11所对应的观察范围，从而影响后续环空流场参数的获取。

为了保证环空流场的模拟效果，所述环空流场参数获取系统中还可以设置有水箱1，水箱1用于基于入水口8向环空管路内注入测试液体，所述测试液体可以是水，也可以基于模拟需要改变为其他流体，或是向测试流体中添加其他类型的介质。

为了能够在后续过程对流场特性进行观察，在所述测试液体中可以添加示踪粒子。示踪粒子在光源的照射下可以反射光线，进而能够被CCD相机16所拍摄。在CCD相机16拍摄到包含示踪粒子位置信息的互相关图像后，基于互相关图像之间的时间间隔，能够计算示踪粒子的运动速度，进而确定环空流场的整体速度变化情况。在具体应用时，测试液体中的示踪粒子的浓度为6-8g/L，以避免示踪粒子浓度过高或过低影响观测效果。

在水箱1通过入水口8向环空管路内注入测试流体的同时，为了实现测试液体的循环利用，外管5上的出水口12也可以与水箱1连接，使得测试液体能够在环空管路和水箱1之间循环利用。

进一步的，为了实现上述循环效果，在水箱1和入水口8之间还可以设置离心泵3。离心泵3用于提供测试液体循环的动力。优选的，离心泵3还可以连接有变频器22，用于调节离心泵3的功率，相应的可以改变环空管路内的流速，从而对井筒内的流速进行有效控制。

水箱1与入水口8之间的管道上还可以设置阀门2，用于控制水箱1的液体的流出，直接地对模拟实验的进行过程进行控制。

此外，在水箱1和入水口8之间的管道上还可以设置流量计4，流量计4用于测量流量大小，即对应于环空管路中此刻的流量大小。流量计4可以将测量得到的流量数据传输至数据采集卡23中，以实现数据的保存，进而能够在后续过程中更好地利用数据进行分析。

PIV测量装置用于获取对应于环空管路的互相关图像，并基于所述互相关图像计算环空流场参数。在一些实施方式中，所述PIV测量装置包括CCD相机16，用于拍摄对应于环空管路的互相关图像。在测试液体中包含有示踪粒子的情况下，所述互相关图像中可以展现出示踪粒子在流场中的位置信息。而由于互相关图像对应有不同的拍摄时刻，基于互相关图像之间的时间间隔以及示踪粒子的位置变化情况能够有效确定示踪粒子的速度，并得到环空流场速度，进而根据流场速度求取其他环空流场参数。优选的，所述CCD相机16的视场方向为片光源21的法线方向，即视场与光平面垂直。

为了保证能够基于互相关图像确定其中示踪粒子的分布情况，所述PIV测量装置中还包括片光源21。所述片光源21能够将线光源转换为片光源21，进而将转换后的片光源21的光线照射在CCD相机16的拍摄范围内。

片光源21的光线可以由脉冲激光器20提供，脉冲激光器20发射激光并传递至片光源21后，由片光源21对激光进行转换并发射，从而获取到片光源21。

优选的，所述片光源21可以设置在导光臂的出口处，通过控制导光臂进行移动来控制片光源21的照射区域，以使照射区域与拍摄区域相吻合，保证实验效果。所述导光臂可以人为进行控制，也可以通过计算机设备进行控制，对此不做限制。

在一些实施方式中，所述PIV测量装置中还包括同步器18。同步器18连接CCD相机16和脉冲激光器20，在拍摄过程中，同步器18可以向CCD相机16和脉冲激光器20同时发出同步信号，使得脉冲激光器20和CCD相机16在接收到同步信号后能够分别执行发射激光和拍照的操作，从而协调了CCD相机16和脉冲激光器20之间的同步工作，保证了拍摄效果。

在一些实施方式中，所述环空流场特性测量系统还包括导轨17，CCD相机16可以被放置在所述导轨17上，并基于导轨17进行移动。所述导轨17可以与环空管路之间呈平行方向设置。

在实际应用中，可以预先设置有一定的预设测量区域。所述预设测量区域可以基于实验需求来选取观察箱11覆盖范围中的一部分。当所需要进行测量的预设测量区域大于CCD相机16的拍摄范围时，CCD相机16无法完整地获取流场的整体分布情况。因此，CCD相机16可以基于导轨17进行移动，进而使得CCD相机16能够拍摄环空管路的不同区域，所对应的综合拍摄区域能够覆盖所述预设测量区域，保证了对于获取的环空管路流场的完整性。

相应的，在拍摄不同区域的互相关图像后，后续处理阶段可以综合这些互相关图像来实现流场速度的计算和环空流场参数的求取，保证了计算结果的准确性和完整性。

在获取到互相关图像后，PIV测量装置还可以对互相关图像进行分析，基于不同时刻的互相关图像中的示踪粒子位置信息确定环空流场速度，并根据所述环空流场速度来求取环空流场参数。所述环空流场特性包括环空流场速度和环空流场参数。

在测试液体中加入示踪粒子的情况下，使得CCD相机16拍摄到的互相关图像中具有示踪粒子的位置信息。根据示踪粒子的整体分布情况以及不同时刻示踪粒子的位置变化情况能够有效确定环空管路中的环空流场速度。

环空流场参数可以是根据环空流场速度所确定的参数。具体的，所述环空流场参数包括流线分布、流速矢量分布、涡结构特征和演化形式中的至少一种。实际应用中根据分析需要还可以提取出其他类型的参数，并不限于上述示例，在此不再赘述。

在一个具体的示例中，可以将数据传输至数据处理设备19后，利用Dynamicstudio软件进行图像处理，通过查询相邻帧的互相关图像之间的变化情况确定示踪粒子的运动信息，进而计算得到环空流场速度和上述环空流场参数。实际应用中也可以通过其他方式实现环空流场参数的计算，并不限于上述示例。

下面利用一个具体的场景示例，对模拟实验的全过程进行介绍。首先，选取相应尺寸的内管和外管，基于内管和外管之间的位置关系将环空管路安装完毕，并根据实验需求添加特定尺寸的变截面装置。之后，将测试流体注入水箱，并将示踪粒子加入测试流体，使其充分混合后，打开阀门和离心泵，使测试流体被泵入环空内。接着，通过调节片光源对应的导光臂，使得所发出的激光垂直于观察箱的外表面，且与流体流动方向垂直；调节CCD相机使其视场方向为片光源的法线方向，与光平面垂直。通过调节片光源的厚度及入射高度，使得片光最细部分可以穿过测试平面；相应的，调节CCD相机的视场并进行二维标定，调节CCD相机的光圈、焦距使其拍摄图像清晰完整。最终，对CCD相机拍摄到的图像进行采集，并通过变换CCD相机在导轨上的位置实现流场不同位置的测量，并根据所拍摄到的图像进行分析得到相应的环空流场参数。

通过上述实施例和场景示例的介绍，可以看出，通过构建环空流场特性测量系统，使得通过所述环空流场特性测量系统内的环空管路模拟实际应用中的环空；在向环空管路的环空中注水时，在所输入的测试液体中添加示踪粒子，使得通过PIV测量装置获取到对应于环空管路流场的互相关图像后，能够根据互相关图像中所显示出的示踪粒子的位置信息变动情况来确定环空流场速度，并基于环空流场速度求取得到环空流场参数。由于上述环空流场特性测量系统中，环空管路是人为构造的井筒模型，因此可以根据环空模型研究的需求，对环空管路的结构进行调整，从而得到不同类型的环空流场，使得所获取的环空流场特性能够与不同类型的环空流场相对应，保证了对于环空流场的研究的全面性，有利于后续基于所述环空流场参数进行进一步的研究。

基于上述基于PIV的环空流场参数获取系统，本说明书实施例还提出一种基于PIV的环空流场参数获取方法。所述方法可以基于所述基于PIV的环空流场参数获取系统为执行主体而实现。如图4所示，所述基于PIV的环空流场参数获取方法包括以下具体实施步骤。

S410：向环空管路中输入测试流体；所述环空管路由外管和内管构成；所述测试流体中包含有示踪粒子。

环空管路是用于模拟实际应用中的环空套管的装置。所述环空管路包括外管和内管。所述内管的直径小于外管的直径，且所述内管设置在所述外管的内部。所述外管上设置有出水口和入水口。在通过入水口注入液体后，液体在外管和内管之间的环空中流动，并从出水口排出，从而实现对于实际应用中环空流场的模拟。

如图2所示，为所述环空管路的外管的一种实施例的示意图。外管的两端分别设置有入水口和出水口，分别用于实现注水和排水。如图所示，将入水口设置在下端，出水口设置在上端，避免了重力排水对流场的干扰，更好地保证实验的可控性。实际应用中也可以根据具体需求对出水口和/或入水口的数量和设置位置进行调整，并不限于上述示例，在此不再赘述。

所述外管的两端分别设置有内管支撑部件。所述内管支撑部件用于固定内管。所述内管支撑部件可以是设置在外管端面上的突起模块，所述突起模块的大小可以与内管的管口大小相吻合，使得内管能够被稳定地固定在外管的内部，从何保证环空管路的有效构成。

优选的，所述内管支撑部件可以设置在外管端面的中心，在通过内管支撑部件固定内管时，相应的也使得内管的中轴线与外管的中轴线重合，即内管位于外管的中心，以保证实验效果。

在一些实施方式中，为了获取更好的观察效果，可以在环空管路的外部设置观察箱，将环空管路放置在观察箱中。由于环空管路为圆柱形，若直接通过环空管路进行观察，由于光的折射效果等因素的影响，使得拍摄到的图像可能会出现变形，影响后续分析过程的进行。

因此，可以在环空管路外设置观察箱，所述观察箱为立方体，在对环空管路内进行拍照或向环空管路内照射光线时，可以基于观察箱的某一个平面进行观察或光照，以保证观察效果。优选的，在所述观察箱与外管之间也可以注入不包含示踪粒子的透明液体，从而进一步优化对于环空流场的观察效果。

相应的，为了保证对于环空管路中的流场的观察效果，所述观察箱和外管为透明材料，优选的，观察箱和外管为透明亚克力材料，从而能够透过观察箱和外管观察到内部的流场情况。

在一些实施方式中，所述环空流场特性测量系统中包括至少两段环空管路，如图2所示，该示例中即包含有两段环空管路，即存在有两段相连的外管。相应的，可以利用方形法兰连接相邻的环空管路。实际应用中，对于外管的加工长度可能存在有限制，例如只能加工至两米，但在实验模拟时，两米内无法有效实现环空流场的充分发展，因此，可以通过方形法兰将不同长度的外管进行连接以加长管道长度。

而由于观察箱的形状为方形，为了保证连接的环空管路之间的适配性，采用方形法兰能够保证不同井筒之间更好的连接。实际应用中根据需要也可以调整所述方形法兰的形状，例如也可以设置为圆形法兰等，对此不做限制。

所述外管上还可以设置测压孔，所述测压孔可以用于放置压力传感器。各个压力传感器的传感数据传递至压差表，通过压差表能够获取环空管路中不同位置之间的环空流场压力损失，即确定不同距离的环空流场压力损失，以进行相应的数据分析。

图3为本说明书实施例中对内管结构进行描述的示意图。相应的，在所述环空流场参数获取系统中包含有多段环空管路的情况下，也包含有多段内管。外管之间通过方形法兰进行连接，而内管之间可以通过内管连接装置进行连接。所述内管连接装置的形状可以尽可能接近内管的形状，以减小连接部分形状变化对于环空流场的影响。

在一些实施方式中，在内管的外周还可以安装有变截面装置。所述变截面装置位于外管和内管之间的环空中。由于变截面装置位于外管和内管之间的流场中，因此，通过改变所述变截面装置的长度和/或环径和/或形状能够对环空管路内的环空流场造成影响。在模拟实验的过程中，可以根据对于不同流场类型的需求，调整所述变截面装置的相关参数，以引发相应的流场变化。对于所述变截面装置的形状的调节程度越大，对于环空流场的影响程度也越大。

优选的，为了保证实验结果的获取，所述变截面装置的长度不应长于观察箱的长度。当变截面装置的长度长于观察箱的长度时，对于环空流场的影响区域可能超出观察箱所对应的观察范围，从而影响后续环空流场参数的获取。

为了保证环空流场的模拟效果，所述环空流场参数获取系统中还可以设置有水箱，水箱用于基于入水口向环空管路内注入测试液体，所述测试液体可以是水，也可以基于模拟需要改变为其他流体，或是向测试流体中添加其他类型的介质。

为了能够在后续过程对流场特性进行观察，在所述测试液体中可以添加示踪粒子。示踪粒子在光源的照射下可以反射光线，进而能够被CCD相机所拍摄。在CCD相机拍摄到包含示踪粒子位置信息的互相关图像后，基于互相关图像之间的时间间隔，能够计算示踪粒子的运动速度，进而确定环空流场的整体速度变化情况。在具体应用时，测试液体中的示踪粒子的浓度为6-8g/L，以避免示踪粒子浓度过高或过低影响观测效果。

在水箱通过入水口向环空管路内注入测试流体的同时，为了实现测试液体的循环利用，外管上的出水口也可以与水箱连接，使得测试液体能够在环空管路和水箱之间循环利用。

进一步的，为了实现上述循环效果，在水箱和入水口之间还可以设置离心泵。离心泵用于提供测试液体循环的动力。优选的，离心泵还可以连接有变频器，用于调节离心泵的功率，相应的可以改变环空管路内的流速，从而对井筒内的流速进行有效控制。

水箱与入水口之间的管道上还可以设置阀门，用于控制水箱的液体的流出，直接地对模拟实验的进行过程进行控制。

此外，在水箱和入水口之间的管道上还可以设置流量计，流量计用于测量流量大小，即对应于环空管路中此刻的流量大小。流量计可以将测量得到的流量数据传输至数据采集卡中，以实现数据的保存，进而能够在后续过程中更好地利用数据进行分析。

S420：利用PIV测量装置获取对应于所述环空管路的互相关图像；所述互相关图像用于表示不同时刻示踪粒子在流场中的位置。

PIV测量装置用于获取对应于环空管路的互相关图像，并基于所述互相关图像计算环空流场参数。在一些实施方式中，所述PIV测量装置包括CCD相机，用于拍摄对应于环空管路的互相关图像。在测试液体中包含有示踪粒子的情况下，所述互相关图像中可以展现出示踪粒子在流场中的位置信息。而由于互相关图像对应有不同的拍摄时刻，基于互相关图像之间的时间间隔以及示踪粒子的位置变化情况能够有效确定示踪粒子的速度，并得到环空流场速度，进而根据流场速度求取其他环空流场参数。优选的，所述CCD相机的视场方向为片光源的法线方向，即视场与光平面垂直。

为了保证能够基于互相关图像确定其中示踪粒子的分布情况，所述PIV测量装置中还包括片光源。所述片光源能够将线光源转换为片光源，进而将转换后的片光源的光线照射在CCD相机的拍摄范围内。

片光源的光线可以由脉冲激光器提供，脉冲激光器发射激光并传递至片光源后，由片光源对激光进行转换并发射，从而获取到片光源。

优选的，所述片光源可以设置在导光臂的出口处，通过控制导光臂进行移动来控制片光源的照射区域，以使照射区域与拍摄区域相吻合，保证实验效果。所述导光臂可以人为进行控制，也可以通过计算机设备进行控制，对此不做限制。

在一些实施方式中，所述PIV测量装置中还包括同步器。同步器连接CCD相机和脉冲激光器，在拍摄过程中，同步器可以向CCD相机和脉冲激光器同时发出同步信号，使得脉冲激光器和CCD相机在接收到同步信号后能够分别执行发射激光和拍照的操作，从而协调了CCD相机和脉冲激光器之间的同步工作，保证了拍摄效果。

在一些实施方式中，所述环空流场特性测量系统还包括导轨，CCD相机可以被放置在所述导轨上，并基于导轨进行移动。所述导轨可以与环空管路之间呈平行方向设置。

在实际应用中，可以预先设置有一定的预设测量区域。当所需要进行测量的预设测量区域大于CCD相机的拍摄范围时，CCD相机无法完整地获取流场的整体分布情况。因此，CCD相机可以基于导轨进行移动，进而使得CCD相机能够拍摄环空管路的不同区域，所对应的综合拍摄区域能够覆盖所述预设测量区域，保证了对于获取的环空管路流场的完整性。

相应的，在拍摄不同区域的互相关图像后，后续处理阶段可以综合这些互相关图像来实现流场速度的计算和环空流场参数的求取，保证了计算结果的准确性和完整性。

在对流场检测装置调整完毕后，可以利用照相装置拍摄对应于环空管路的至少两张互相关图像，具体的，可以是不同位置所拍摄的图像，也可以是不同时刻拍摄不同的图像。

S430：基于所述互相关图像计算环空流场速度。

在获取到互相关图像后，PIV测量装置还可以对互相关图像进行分析，基于不同时刻的互相关图像中的示踪粒子位置信息确定环空流场速度，并根据所述环空流场速度来求取环空流场参数。所述环空流场特性包括环空流场速度和环空流场参数。

在测试液体中加入示踪粒子的情况下，使得CCD相机拍摄到的互相关图像中具有示踪粒子的位置信息。根据示踪粒子的整体分布情况以及不同时刻示踪粒子的位置变化情况能够有效确定环空管路中的环空流场速度。

S440：根据所述环空流场速度计算环空流场参数。

环空流场参数可以是根据环空流场速度所确定的参数。具体的，所述环空流场参数包括流线分布、流速矢量分布、涡结构特征和演化形式中的至少一种。实际应用中根据分析需要还可以提取出其他类型的参数，并不限于上述示例，在此不再赘述。

在一个具体的示例中，可以利用Dynamic studio软件进行图像处理，通过查询相邻帧的互相关图像之间的变化情况确定示踪粒子的运动信息，进而计算得到环空流场速度和上述环空流场参数。实际应用中也可以通过其他方式实现环空流场参数的计算，并不限于上述示例。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

本申请是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PIV的环空流场特性测量系统，其特征在于，包括环空管路和PIV测量装置；

所述环空管路包括外管和内管；所述外管上设置有出水口和入水口，用于向所述外管和内管所构成的环空中输入测试液体；、所述测试液体中包含有示踪粒子；

所述PIV测量装置用于获取对应于环空管路的互相关图像，并基于所述互相关图像计算环空流场速度，进而根据所述环空流场速度得到环空流场参数；所述环空流场特性包括环空流场速度和环空流场参数；所述互相关图像用于表示不同时刻示踪粒子在流场中的位置。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PIV测量装置包括CCD相机；所述CCD相机用于拍摄所述互相关图像；

所述环空流场特性测量系统还包括导轨；所述导轨用于放置所述CCD相机；在所述CCD相机的拍摄范围小于预设测量区域时，所述CCD相机基于所述导轨进行移动以使CCD相机的综合拍摄区域覆盖预设测量区域。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内管外周安装有变截面装置；所述变截面装置具有不同长度和/或环径和/或形状，以提供不同的环空流动结构。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外管上设置有测压点；所述环空流场参数获取系统还包括压差表和流量计；所述压差表用于基于不同位置的测压点测量不同距离的环空流场压力损失；所述流量计用于测量环空管路中的流量大小。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于所述互相关图像计算环空流场速度，包括：

获取互相关图像中示踪粒子的位置信息；

基于不同互相关图像之间的时间间隔和所述示踪粒子的位置信息确定示踪粒子运动速度；

综合所述示踪粒子运动速度确定环空流场速度。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环空流场参数包括流线分布、流速矢量分布、涡结构特征和演化形式中的至少一种。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PIV测量装置还包括脉冲激光器和导光臂；所述导光臂的出口处设置有片光源，用于将脉冲激光器所发射的光线转化为片光源并照射在流场待测区域内；所述导光臂用于调节所述流场待测区域的位置。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环空流场参数获取系统中包括至少两段环空管路；相邻的环空管路之间通过方形法兰连接。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环空管路设置在观察箱中；所述观察箱为立方体；所述观察箱和外管为透明亚克力材料。

10.一种基于PIV的环空流场特性测量方法，其特征在于，所述环空流场特性包括环空流场速度和环空流场参数；所述方法包括：

向环空管路中输入测试流体；所述环空管路由外管和内管构成；所述测试流体中包含有示踪粒子；

利用PIV测量装置获取对应于所述环空管路的互相关图像；所述互相关图像用于表示不同时刻示踪粒子在流场中的位置；

基于所述互相关图像计算环空流场速度；

根据所述环空流场速度计算环空流场参数。

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