基于PIV Challenge国际挑战赛数据检验RFlow软件性能（第III期）

序 PIV Challenge国际挑战赛简介

PIV Challenge（粒子图像测速挑战）是一项实验流体力学领域的国际性竞赛活动，旨在评估和展示粒子图像测速技术最新发展水平。

PIV Challenge包括一系列的测试案例，用来挑战和展示PIV在不同条件下的性能，如空间分辨率、时间分辨率、动态范围、测量精度等。参与者需要对提供的图像数据进行分析，提供测量结果供组织者评估，确定不同PIV算法和硬件配置的优势及局限。

工程师们为检验自研千眼狼流场测量软件RFlow算法性能，基于PIV Challenge经典测试案例，进行一系列测试。

第三届PIV挑战赛

任务回顾：评估空间分辨流场、时间分辨流场 PIV技术。

测试案例1：空间分辨流场，合成图像（跨帧），分辨率1024×1024。

图1 空间分辨流场合成图像

计算方法：经典PIV单通道，窗口64×64, 重叠率50%。

计算结果：计算收敛后得到的矢量图和云图清晰准确表征区域内空间各部分流场流速，且矢量图和云图表征的最高流体速度相同（图2）。

图2  空间分辨流场计算矢量图和云图

测试案例2：时间分辨通道流场（合成图像），分辨率1440×688。

图3  时间分辨流场合成图像

计算方法：经典PIV单通道，窗口64×64, 重叠率50%。

计算结果：上述图像是一组时间维度上多次改变相机曝光的粒子图像序列，随着时间增加，粒子变得不可见。RFlow4可以通过使用时间步长n附近的图像提高计算精度。 

图4 时间分辨流场计算矢量图和云图

验证结论：

• 千眼狼RFlow软件具备流场可视化功能，支持绘制空间分辨流场和时间分辨流场的流速矢量图和云图。

• 对于空间分辨流场，RFlow能够准确表征流场在空间分布上的流速特征，有助于理解流场中的湍流涡流复杂现象和涡旋、边界层等空间细节。

• 对于时间分辨流场，RFlow能够基于多帧时序数据进行流场计算，不仅保证时间上的流动连续性，且能基于前后时刻数据进一步优化，提高计算精度。

附 千眼狼流场测量软件RFlow简介

软件由中国科学技术大学博士团队依托千眼狼PIV流体测量分析重点实验室（风洞、水洞实验室）自主研发的一款以算法为核心的图像测量分析软件，满足多种粒子图像测速应用场景，包括2D2C、2D3C、3D3C、micro-PIV、教学PIV等。

软件主要功能包括粒子图像数据采集、图像预处理、标定、图像实时处理、计算及计算后处理、统计分析与可视化呈现等功能模块，并支持实验基础信息自动记录，实验结果以报告形式一键呈现等功能。

图5软件可视化分析结果示意图

图6 千眼狼PIV流体测量分析重点实验室

风洞实验室>>>直流吸式风洞设计，实验段尺寸0.25m×0.25m×0.7m，设计风速范围4~50m/s，湍流度0.7%，应用于建筑物载荷及流场特性研究，风力机气动特性研究，大气边界层特性研究等。

水洞实验室>>>立式动力循环设计，实验段尺寸1.2m×0.3m×0.3m，设计流速范围0.1m/s~5m/s，具备变频调速功能，应用于水动力学中的可视化实验，研究低雷诺数下水的空化、水的弹性、湍流尾流、流体机械等水流体力学现象。

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