大型仪器设备购置论证报告.docx

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大型仪器设备购置论证报告

大型仪器设备购置论证报告

仪器设备名称

三维时间分辨粒子成像测速仪（3DTR-PIV）

项目名称

浙江师范大学省千人科研启动费

项目负责人

Shkvar和Mochalin

填表日期

2018-07-09

实验室管理处制

填表说明

1．单价10万元及以上仪器设备的申购均需填写此表，并与申购计划一起上报有关部门。

2．所在学院（部门）组织3—7人单数技术专家进行论证，并通知项目经费管理、设备管理等部门参加论证。

申请单一来源采购的需3人以上单数非本校专家参加论证；未列入全省统一论证进口产品范围的进口产品需5人以上单数非本校专家参加论证。

3．论证会由专家组组长主持，主要程序为：

申购人报告、现场考察、专家质询与讨论、专家组形成论证意见并签名。

4．专家论证同意，经学院（部门）、项目经费管理部门签字并盖章后，报本科教学部（实验室管理处）网上公示一周无异议后实施。

5．此表一式1份（如设备为进口设备，请提交2份）。

设备名称

中文

三维时间分辨粒子成像测速仪（3DTR-PIV）

英文

3-DTime-ResolutionParticleImageVelocimetry

规格型号

TRM-1M6000-301K

申购数量

1套

现行单价

人民币

195万

美元

购置经费

来源

科研启动经费

运行经费来源

主要技术指标与功能

总体规格参数：

a）可进行非定常2D2C/2D3D速度场测量；

b）最大测试视场200mm×200mm；

c）最高采样频率不低于：

6400HZ（满幅分辨率）；

d）测试速度范围0~200m/s；

e）测量维度x,y,u,v,w；

f）2台相机可与不同光源组成2套完全独立2DPIV系统单独工作；

1.高频双脉冲激光器（1套）：

*a）双脉冲激光器，单脉冲能量不低于30mj@1000Hz；

b）频率调节范围0.1khz~10khz，激光波长527nm；能量稳定性≤1%

c）包含1.8m导光臂，360°可调；包含片光源1个，0.5-1.5m范围焦距可调，片光最薄处不大于1mm；

2.连续式半导体激光器（1套）：

a）小型化连续式半导体激光器，功率不低于8W；

b）波长532nm，可配合高速相机进行流动显示和PIV测量；包含片光源1套，片光源束腰＜1mm，束腰位置可调。

3.高速相机（2台）：

*a）采集速率不低于6400fps@1024x1024pixel（1M）；

b）内存不低于32G；

c）灵敏度ISO值不低于40000（mono）；

d）最小快门小于1.1μs，像元不小于20μm；灰度等级12bit；

4.同步控制器（1台）：

1）不低于8个独立输出通道，时间精度0.25ns；

2）具有1个外部信号输入通道：

可实现外触发锁相工作；USB接口，非插入计算机的同步卡。

5.PIV分析软件包：

a）至少包含2个授权密钥，软件可分别安装在两台工作站上独立使用。

b）二维模块：

具备互相关迭代算法，具备窗口变形功能，具备批处理功能，多目录批量数据处理功能，具备CPU多线程加速计算功能；

c）三维PIV分析模块：

具备2D3C分析功能，支持三维标定点自动搜索、图像校正合成功能，支持三维速度分量计算功能。

d）GPU加速模块：

通过采用多核GPU并行计算技术，实现PIV数据处理速度质的飞跃。

e）两相流分析模块：

具备两相流同时计算功能，可对不同粒径范围颗粒进行软件设定筛选。

f）本征正交分解分析（POD）模块：

可对PIV输出的数据文件进行POD分析，获得流场的能谱、模态空间函数和时间系数;定量刻画流场的主要拟序结构；

g）DMD模块：

可对PIV输出的数据文件进行DMD分析，获得流场的DMD特征频率和空间增长率、模态空间函数和时间系数等。

h）压力场重构模块：

根据连续的PIV速度信息，实现流场压力场非接触测量，测量压力梯度及压力场分布数据。

6.附件：

a）原装数据采集分析图形工作站：

数量不少于2台；

配置不低于：

IntelE51620处理器,32GRAM,2THD,512G固态硬盘；2G独立显卡，24'LCD；

b）三维坐标架1台：

行程：

X-Y-Z方向不低于1000mm；定位精度：

优于50微米；驱动负重大于20kg；附带专用驱动控制器，可连接计算机软件控制

c）三维PIV标定附件：

包含2个不同尺寸标定板，相关支架；

d）专业摄影三脚架，3个；

e）专业摄影精密齿轮三轴调节云台2个：

具备微调和粗调功能，前后俯仰及左右角度：

+90/-30可调；

f）50mm/F1.4光学镜头2支；

g）85mm/F2.8微距移轴镜头2支，具备平移和旋转功能；

h）532nm窄带滤色片，2个；

i）双层移动工作平台1个，负载不小于100kg，附带自行轮及锁定装置；

j）附带铝合金实验支架导轨30根；

k）粒子发生器1套：

最高背压0.5MPa，雾化喷嘴数不少于32个；附带20LDEHS示踪粒子；额外附带加热式粒子发生器1台。

l）包含10~20微米空心玻璃微球示踪粒子；

用房情况

地点

面积

辅助设施配备

是否

需改建

落实

情况

工学院新大楼前大棚

100㎡

齐备

否

已落实

管理和使用技术人员配备

姓名

职称

专管

或兼管

是否

使用过

熟练

程度

是否

需培训

Mochalin

教授

专管

是

熟练

需要

Shkvar

教授

专管

是

熟练

需要

王冬云

教授

专管

是

熟练

需要

蔡建程

副教授

专管

是

熟练

需要

贺新升

副教授

兼管

是

熟练

需要

主要用途和适用学科范围

作为机械设计及理论、智能制造等模块的实训平台，能够适用于机械、机电、交运以及其他工科类学生的教学实验实训平台。

能够支撑《流体力学》、《流体传动控制》、《液压与气压传动》等本科生、研究生课程的实验教学。

同时也能作为服务社会技术人员技能培训的平台。

购置必要性

三维时间分辨粒子成像测速仪（3DTR-PIV），是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。

近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术（如激光多普勒测速仪LDA）的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。

PIV技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场。

另外PIV技术具有较高的测量精度。

由于PIV技术的上述优点，已成为当今流体力学测量研究中的热门课题，因而日益得到重视。

PIV测速方法有多种分类，无论何种形式的PIV，其速度测量都依赖于散布在流场中的示踪粒子，PIV法测速都是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布。

若示踪粒子有足够高的流动跟随性，示踪粒子的运动就能够真实地反映流场的运动状态。

因此示踪粒子在PIV测速法中非常重要。

在PIV测速技术中，高质量的示踪粒子要求为：

（1）比重要尽可能与实验流体相一致；

（2）足够小的尺度；（3）形状要尽可能圆且大小分布尽可能均匀；（4）有足够高的光散射效率。

通常在液体实验中使用空心微珠或者金属氧化物颗粒，空气实验中使用烟雾或者粉尘颗粒（超音速测量使用纳米颗粒），微管道实验使用荧光粒子等。

本校是否有同类设备、数量及不能共享的理由

学校目前尚无该方面设备。

安装场地满足条件（水、电、气等是否齐全）、安全保护措施落实情况、是否涉及放射源物品和剧毒品等危险性材料

场地条件满足需求，安全保护措施已落实，不涉及放射源和剧毒品等危险性材料。

该套系统对劳动保护没有特殊要求，所有制度及措施按照目前国家法律、学校制度及实验室现有管理制度实施即可。

国内外同类设备、品牌、规格、性能、技术指标、特色、附件、价格、售后服务、应用支持等的比较

北京天地立方科技

2002年底发展至今，北京立方天地科技已成为国内唯一的PIV系统生产商，业务范围涵盖了PIV技术相关的设备生产、销售、使用、维护到客户订制方案的解决。

高素质的研发团队保证用户可以不断拥有采用国际一流PIV技术开发所得各种产品。

时至今日，北京立方天地科技已经发展了三大系列PIV系统（标准PIV系统、高速PIV系统和MiniPIV系统），十余款不同型号的PIV产品和部件。

在拥有全部自主知识产权的同时（专利号:

200910162651/200720140441/200720143783/200920144898；软件著作权号：

2003SR0083/2003SR12905/2010R11L076296），还从技术层面上全面赶超国外同类产品，真正达到国际先进水平，填补了国内PIV系统领域的空白。

2014年，北京立方天地科技与北京航空航天大学成立流体力学实验测量技术中心旨在提高国内PIV技术、拓展PIV应用范围；另外，除自主研发产品外，公司与时俱进，与国际接轨，主要合作伙伴有：

美国MSE公司、德国PIVTEC公司、新加坡VISION  ASIA公司等等。

作为专业的PIV系统生产商，北京立方天地科技始终以向客户提供最先进最可靠的PIV设备、最完善的PIV实验方案、最优良的技术服务和最高性价比的产品为宗旨，努力开发和生产新产品，不断提高客户满意度。

北京立方天地科技以成为客户最信赖和最满意的产品供应商和合作伙伴而自豪。

美国MSE公司

MiniPIV系统介绍

应用：

 简单易操作的粒子图像测速系统

 简易的集成化光学设计

 强大的后处理软件支持

 水洞/水槽流体试验

 水射流试验

 微尺度变形研究

 颗粒/粒子分析

特点：

 中国第一套商用化具有自主知识产权的小型粒子图像测速仪（MiniPIV）

 内嵌国际一流水平、高精度第三代PIV算法模块

 直观的高科技流场可视化设备

 数字图像高速存储到计算机内存或硬盘（可实现高于100fps的连续硬盘图像采集）

 实时地流场结果显示，便于对流体力学的理解和概念的掌握

 在二维试验中灵活可靠的激光器、数字相机和外部同步信号的软件控制，硬件免维护设计

 标准的二维粒子图像测速系统可无障碍升级到三维PIV系统

丹麦Dantec公司

丹迪粒子图像测速仪DantecPIV

仪器简介：

现代的粒子图像速度仪（以下简称PIV）技术是随着计算机技术和数码相机技术的发展而始与九十年代初期，目的是研究透明流体，如液流或气流等，同一时刻在某个平面内的速度场分布。

以往传统的流体测速技术，如皮托管、热线仪、激光多普勒测速仪等，它们共同的局限是一次只能测量流体内部一个点处的流速，若想获得一个平面内各处的速度分布图，则需事先在平面内划分出许多网格点，再以仪器逐点进行测量，最后把各点数据综合起来处理绘制。

由于各点处数据的采集不是同时的，需顺序进行，所以各点的数据在时间上无相关性，因而只在流速随时间规律变化的情况下才有意义。

若变化规律不可知，则传统仪器所测量的数据仅对当时当地有效，对全局无意义。

实际中很多流体的变动规律是不可知的，因而限制了传统测量方法在这些场合中的应用。

鉴于传统仪器在这类测量中的局限，能克服这种缺点的粒子图像速度仪技术则应运而生。

PIV技术的另一优势是完全光学测量，不需在流场内部放置探头，对流场无扰动。

技术参数：

测量维度：

2D2C，2D3C,3D3C

测速范围：

0-1000m/s

测量精度：

1%

主要特点：

高精度全自动多网格迭代互相关算法

全球独家非结构网格PIV算法

可实现与模拟参量同步测量，并配有波形分析软件模块

具有特征追踪功能的增强型PTV算法

可实现POD（本征正交分解）分析

可实现OPD（振荡模式分解）分析，对流场的结构、标量进行基于特征值方法的时间及空间稳定性分析

使用效益预测及风险分析

使用效益预测：

教学方面，3DTR-PIV可以为工程流体力学、液压与传动等课程提供硬件实验条件。

科研方面，为热流科学领域内的高端流体实验提供实验条件，为高水平论文发表以及自然基金申请提供条件。

社会服务方面，为流体相关公司提供实验研究条件，可有效缩短开发周期，效益显著。

风险分析：

后续运行专业操作人员的稳定性问题。

该设备要求熟练地技术人员，需确保固定人员长期进行该设备的操作。

设备利用率问题。

组建使用管理团队，设负责人，合理分工，明确责任。

如教学团队负责人，负责自动变速器试验台教学与技术培训；科研负责人，负责科学研究体系，技术支撑；共享服务负责人，负责该设备的对内对外共享服务。

以上三方按责执行，可保障设备利用率。

安全管理问题。

该设备不属于高危险设备，只需定期保养。

配备专门管理人员，严格按照学校规章制度作业即可。

开放共享实施方案和共享承诺

根据产教融合培养与社会服务培训需要，本项目组申请购置三维时间分辨粒子成像测速仪（3DTR-PIV），为充分发挥投资效益，本项目组特作以下郑重承诺：

1、本实验平台为我学院开展科学研究和产教融合人才培养所必需。

2、本项目组负责安排专职技术人员管理，并负责该实验台的日常保养、维护工作，出现故障及时报修，确保软硬件正常运行。

3、本台大型设备除了服务我院师生外，完全对校内、外开放共享。

开放共享实施方案：

1、该设备可单独共享使用，并同时可以与配套的离线软件联合开展离线分析及数据后处理。

本设备共享所需费用由本设备总金额决定。

2、在满足本学院本专科教学和本学科平台（或科研团队、实验室、课题组等）师生使用需求之外，向学校内外开放有偿使用。

3、国家或省市物价管理部门已制定大型仪器设备开放使用的收费标准的，按照管理部门规定的标准收费。

物价管理部门尚未制定统一收费标准的，由大型仪器设备所在部门参照国内同类仪器设备使用收费情况，根据仪器设备折旧费、运行成本和管理服务费等计算制定收费标准并填写《浙江师范大学仪器设备有偿使用收费标准申请表》，经学校收费管理小组审核并报政府物价管理部门批准后执行。

4、收费数额按照如下计算公式确定：

收费数额=仪器设备折旧费+运行成本+管理服务费。

仪器设备折旧费的计算标准为：

仪器设备折旧费=仪器设备折旧费率×使用机时数。

其中仪器设备折旧费率=仪器设备账面价值÷折旧年限÷1080小时。

折旧年限：

10年。

运行成本：

包括水电费、耗材费、日常维护费等。

管理服务费：

包括仪器设备操作和咨询、分析、计算等服务性费用。

具体计算标准为：

管理服务费=（仪器设备折旧费+运行成本）×15%。

5、本设备对校外开放按收费标准执行。

对校内学生教学计划内的实验开放免收费，教学计划外实验开放按收费标准的25%执行；对其它校内开放按收费标准的50%执行。

6、本设备开放使用所收取的费用统一缴纳到校计划财务处，由学校统一管理和分配。

收费收入（税后）的30%作为学校运行管理费，70%下拨给大型仪器设备专管部门，可用作发展基金、设备维护和运行经费、技术服务费，其中技术服务费不得超过下拨给部门的20%。

项目负责人签字：

专

家

论

证

意

见

三维时间分辨粒子成像测速仪（3DTR-PIV）是使用单位拟建设的产教融合项目-智能制造平台的核心组成部分；该设备可实现流动测量的实验实训需求。

该设备在国内高校、科研院所、企业有成熟应用案例；该设备选型能满足系统需求，技术上有一定的前瞻性；该实验系统的建设对提高工学院、职教学院的教学、科研水平具有重要的现实意义。

经专家组评定认为，该设备满足教学、科研使用要求，建议购买。

组长签字：

胡树根

2018年9月27日

专

家

组

成

员

姓名

职称或职务

单位

签名

胡树根

教授

浙江大学

黄东明

教授级高工

浙江省农机研究院

盛继生

教授

金华职业技术学院

张联升

教授级高工

金轮机电

戴素江

教授

金华职业技术学院

所

在

学

院

部

门

意

见

负责人签字：

单位盖章：

年月日

项

目

经

费

管

理

部

门

意

见

负责人签字：

单位盖章：

年月日

设

备

管

理

部

门

意

见

负责人签字：

单位盖章：

年月日