流体速度的处理方法与装置

文档序号:1887759 发布日期:2021-11-26 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 流体速度的处理方法与装置 (Method and device for processing fluid velocity ) 是由 朱一丁 于 2021-09-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种流体速度的处理方法与装置。其中,该方法包括:获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度。本发明解决了相关技术中在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差的技术问题。(The invention discloses a method and a device for processing fluid velocity. Wherein, the method comprises the following steps: acquiring a particle image, wherein the particle image comprises a fluid region and a solid region, and the boundary of the fluid region and the solid region is a near-wall region; adding a pseudo static particle image in a solid area in the particle image to obtain an image to be measured; and determining the fluid velocity of the near-wall area according to the image to be measured. The invention solves the technical problem that great calculation errors can occur when a near fluid/solid interface region is processed in the related art.)

流体速度的处理方法与装置

技术领域

本发明涉及粒子图像处理技术领域,具体而言,涉及一种流体速度的处理方法与装置。

背景技术

粒子图像测速是基于对流体中播撒粒子并用相机记录下粒子图像时间序列。把粒子图像按照直角坐标划分成正交网格,通过窗口相关算法对每一个网格内粒子图像在相邻时刻之间的位移,从而得到对应流体速度的分布。

图1是根据现有技术的一种流体速度的处理方法的粒子图像的示意图,如图1所示,窗口查询算法在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差,其主要原因在于:壁面流动存在强剪切;固体部分没有图像信息(黑色区域),造成计算从流体向固体方向成为外插问题,造成不收敛。

针对上述相关技术中在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差的问题,目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种流体速度的处理方法与装置,以至少解决相关技术中在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面,提供了一种流体速度的处理方法,包括:获取粒子图像,其中,所述粒子图像中包括流体区域和固体区域,且所述流体区域与所述固体区域的交界处为近壁面区域;在所述粒子图像中的所述固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据所述待测速图像,确定所述近壁面区域的流体速度。

可选地,获取粒子图像,包括:采集向流体中播撒粒子的图像,得到所述粒子图像。

可选地,在采集向流体中播撒粒子的图像,得到所述粒子图像之后,还包括:确定所述粒子图像中流体与固体的分界线;依据所述分界线将所述粒子图像划分为所述流体区域与所述固体区域。

可选地,在依据所述分界线将所述粒子图像划分为所述流体区域与所述固体区域之后,还包括:确定所述固体区域为壁面区域,以及将所述流体区域与所述固体区域的交界处确定为所述近壁面区域。

可选地,在所述粒子图像中的所述固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,包括:获取伪静态粒子图像,其中,所述伪静态粒子图像中的伪静态粒子为随机分布,且所述伪静态粒子的平均光强与所述流体区域中粒子的平均光强相同;将所述伪静态粒子图像添加到所述固体区域中,生成所述待测速图像。

可选地,依据所述待测速图像,确定所述近壁面区域的流体速度,包括:利用粒子图像测速算法对所述待测速图像进行处理,得到所述近壁面区域的流体速度。

可选地,在利用粒子图像测速算法对所述待测速图像进行处理的过程中,还包括:根据所述伪静态粒子图像,将所述待测速图像中所述固体区域对应的速度设置为零。

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种流体速度的处理装置,包括:获取模块,用于获取粒子图像,其中,所述粒子图像中包括流体区域和固体区域,且所述流体区域与所述固体区域的交界处为近壁面区域;添加模块,用于在所述粒子图像中的所述固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;确定模块,用于依据所述待测速图像,确定所述近壁面区域的流体速度。

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的流体速度的处理方法。

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行上述中任意一项所述的流体速度的处理方法。

在本发明实施例中,采用获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,通过向粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,并利用该待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,达到了将近壁面区域的流体速度计算从外插变为内插的目的,从而实现了减小计算误差,提高计算精确度的技术效果,进而解决了相关技术中在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据现有技术的一种流体速度的处理方法的粒子图像的示意图;

图2是根据本发明实施例的流体速度的处理方法的流程图;

图3是根据本发明可选实施例的原始的粒子图像以及壁面区域添加伪静态粒子图像的示意图;

图4是根据本发明可选实施例的流速(横坐标)沿壁面高度(纵坐标)的分布的示意图;

图5是根据本发明实施例的流体速度的处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例,提供了一种流体速度的处理方法的实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图2是根据本发明实施例的流体速度的处理方法的流程图,如图2所示,该方法包括如下步骤:

步骤S202,获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;

需要说明的是,上述近壁面区域为流体区域与固体区域的交界线附近,流体区域临近固体区域的部分区域。

在一种可选的实施方式中,获取粒子图像,包括:采集向流体中播撒粒子的图像,得到所述粒子图像。

在一种可选的实施方式中,在采集向流体中播撒粒子的图像,得到所述粒子图像之后,还包括:确定所述粒子图像中流体与固体的分界线;依据所述分界线将所述粒子图像划分为所述流体区域与所述固体区域。

在一种可选的实施方式中,在依据所述分界线将所述粒子图像划分为所述流体区域与所述固体区域之后,还包括:确定所述固体区域为壁面区域,以及将所述流体区域与所述固体区域的交界处确定为所述近壁面区域。

步骤S204,在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;

在一种可选的实施方式中,在所述粒子图像中的所述固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,包括:获取伪静态粒子图像,其中,所述伪静态粒子图像中的伪静态粒子为随机分布,且所述伪静态粒子的平均光强与所述流体区域中粒子的平均光强相同;将所述伪静态粒子图像添加到所述固体区域中,生成所述待测速图像。

步骤S206,依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度。

在一种可选的实施方式中,依据所述待测速图像,确定所述近壁面区域的流体速度,包括:利用粒子图像测速算法对所述待测速图像进行处理,得到所述近壁面区域的流体速度。

在一种可选的实施方式中,在利用粒子图像测速算法对所述待测速图像进行处理的过程中,还包括:根据所述伪静态粒子图像,将所述待测速图像中所述固体区域对应的速度设置为零。

通过上述步骤,可以采用获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,通过向粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,并利用该待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,达到了将近壁面区域的流体速度计算从外插变为内插的目的,从而实现了减小计算误差,提高计算精确度的技术效果,进而解决了相关技术中在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差的技术问题。

下面对本发明一种可选的实施方式进行详细说明。

图3是根据本发明可选实施例的原始的粒子图像以及壁面区域添加伪静态粒子图像的示意图,如图3所示,图3(a)是原始的粒子图像,具体为未做图像预处理的传统窗口查询算法结果,图3(b)是壁面区域添加伪静态粒子图像,具体为在下方固体区域添加了伪静态粒子。通过查询算法会将该区域计算为速度0,从而把近壁区域速度场计算从外插变为内插问题,从而减小计算误差。

具体实施方法:1)在已经获得粒子图像上,首先找到流体与固体的分界线;2)在固体部分添加随机分布的伪静态粒子图像,其平均光强大小与流体部分一致。

需要说明的是,原有的测量的图像在固体部分是没有粒子的,送入粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry,简称为PIV)查询程序后会认为固体部分没有测量值,因而往固体部分的插值必然是外插值。而本发明上述实施方式中人为的在固体部分加上静止不动的粒子,PIV查询程序会根据静止不动的粒子信息,把固体部分的速度信号设为0,这样固体部分就有值,流体固体界面处的速度就是内插。该实施该方式具有简单,实用的优点,不需要对现有的PIV查询程序进行修改。

对给定的粒子图像展开算法对比,图4是根据本发明可选实施例的流速(横坐标)沿壁面高度(纵坐标)的分布的示意图,如图4所示,平滑曲线为给定的速度曲线,点状线为计算结果,其中,图4(a)为添加伪静态粒子,图4(b)为没有添加,可以明显看到添加伪静态粒子图像后,计算误差大大减小。

实施例2

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种流体速度的处理装置,图5是根据本发明实施例的流体速度的处理装置的示意图,如图5所示,该流体速度的处理装置包括:获取模块52、添加模块54和确定模块56。下面对该流体速度的处理装置进行详细说明。

获取模块52,用于获取粒子图像,其中,所述粒子图像中包括流体区域和固体区域,且所述流体区域与所述固体区域的交界处为近壁面区域;

添加模块54,连接至上述获取模块52,用于在所述粒子图像中的所述固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;

确定模块56,连接至上述添加模块54,用于依据所述待测速图像,确定所述近壁面区域的流体速度。

需要说明的是,上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的,例如,对于后者,可以通过以下方式实现:上述各个模块可以位于同一处理器中;和/或,上述各个模块以任意组合的方式位于不同的处理器中。

在上述实施例中,该流体速度的处理装置可以通过向粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,并利用该待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,达到了将近壁面区域的流体速度计算从外插变为内插的目的,从而实现了减小计算误差,提高计算精确度的技术效果,进而解决了相关技术中在处理近流体/固体交界面区域时会出现很大计算误差的技术问题。

此处需要说明的是,上述获取模块52、添加模块54和确定模块56对应于实施例1中的步骤S202至S206,上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同,但不限于上述实施例1所公开的内容。

可选地,上述获取模块52包括:采集单元,用于采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像。

可选地,上述获取模块52还包括:第一确定单元,用于在采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像之后,确定粒子图像中流体与固体的分界线;划分单元,用于依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域。

可选地,上述获取模块52还包括:第二确定单元,用于在依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域之后,确定固体区域为壁面区域,以及将流体区域与固体区域的交界处确定为近壁面区域。

可选地,上述添加模块54包括:获取单元,用于获取伪静态粒子图像,其中,伪静态粒子图像中的伪静态粒子为随机分布,且伪静态粒子的平均光强与流体区域中粒子的平均光强相同;添加单元,用于将伪静态粒子图像添加到固体区域中,生成待测速图像。

可选地,上述确定模块56包括:处理单元,用于利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理,得到近壁面区域的流体速度。

可选地,上述确定模块56还包括:设置单元,用于在利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理的过程中,根据伪静态粒子图像,将待测速图像中固体区域对应的速度设置为零。

实施例3

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述中任意一项的流体速度的处理方法。

可选地,在本实施例中,上述计算机可读存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中,和/或位于移动终端群中的任意一个移动终端中,上述计算机可读存储介质包括存储的程序。

可选地,在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行以下功能:获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度。

可选地,获取粒子图像,包括:采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像。

可选地,在采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像之后,还包括:确定粒子图像中流体与固体的分界线;依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域。

可选地,在依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域之后,还包括:确定固体区域为壁面区域,以及将流体区域与固体区域的交界处确定为近壁面区域。

可选地,在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,包括:获取伪静态粒子图像,其中,伪静态粒子图像中的伪静态粒子为随机分布,且伪静态粒子的平均光强与流体区域中粒子的平均光强相同;将伪静态粒子图像添加到固体区域中,生成待测速图像。

可选地,依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,包括:利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理,得到近壁面区域的流体速度。

可选地,在利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理的过程中,还包括:根据伪静态粒子图像,将待测速图像中固体区域对应的速度设置为零。

实施例4

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种处理器,该处理器用于运行程序,其中,程序运行时执行上述中任意一项的流体速度的处理方法。

本发明实施例提供了一种设备,该设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,处理器执行程序时实现以下步骤:获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度。

可选地,获取粒子图像,包括:采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像。

可选地,在采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像之后,还包括:确定粒子图像中流体与固体的分界线;依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域。

可选地,在依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域之后,还包括:确定固体区域为壁面区域,以及将流体区域与固体区域的交界处确定为近壁面区域。

可选地,在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,包括:获取伪静态粒子图像,其中,伪静态粒子图像中的伪静态粒子为随机分布,且伪静态粒子的平均光强与流体区域中粒子的平均光强相同;将伪静态粒子图像添加到固体区域中,生成待测速图像。

可选地,依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,包括:利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理,得到近壁面区域的流体速度。

可选地,在利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理的过程中,还包括:根据伪静态粒子图像,将待测速图像中固体区域对应的速度设置为零。

本发明还提供了一种计算机程序产品,当在数据处理设备上执行时,适于执行初始化有如下方法步骤的程序:获取粒子图像,其中,粒子图像中包括流体区域和固体区域,且流体区域与固体区域的交界处为近壁面区域;在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像;依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度。

可选地,获取粒子图像,包括:采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像。

可选地,在采集向流体中播撒粒子的图像,得到粒子图像之后,还包括:确定粒子图像中流体与固体的分界线;依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域。

可选地,在依据分界线将粒子图像划分为流体区域与固体区域之后,还包括:确定固体区域为壁面区域,以及将流体区域与固体区域的交界处确定为近壁面区域。

可选地,在粒子图像中的固体区域添加伪静态粒子图像,得到待测速图像,包括:获取伪静态粒子图像,其中,伪静态粒子图像中的伪静态粒子为随机分布,且伪静态粒子的平均光强与流体区域中粒子的平均光强相同;将伪静态粒子图像添加到固体区域中,生成待测速图像。

可选地,依据待测速图像,确定近壁面区域的流体速度,包括:利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理,得到近壁面区域的流体速度。

可选地,在利用粒子图像测速算法对待测速图像进行处理的过程中,还包括:根据伪静态粒子图像,将待测速图像中固体区域对应的速度设置为零。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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