[发明专利]一种新型流体多场观测的系统及方法

说明书

本发明涉及一种新型流体多场观测的系统及方法，其中该系统包括纹影相机系统、红外相机、流场区，所述的纹影相机系统包括光源、直视棱镜、聚光透镜、两个刀口、两个抛物面镜、准直透镜及相机。该方法包括调节纹影相机系统，调节流场区，打开红外相机，获取流场的温度场分布图，打开光源、高速CCD相机，通过纹影相机系统和示踪粒子，获取到清晰直观的流场分布图，将测试得到的流场数据导入计算机，通过算法程序构建三维的流场仿真图像。本发明解决了传统流体观测方法中观测物理量过少、信息获取不够全面、图像表达不够清晰直观等问题。

技术领域

本发明涉及一种从PIV技术与红外热成像技术的结合出发，针对传统的PIV技术进行改进，得到可同时对流体系统多场进行直接观测与记录的新型观测系统及方法。

背景技术

自实验流体力学出现以来，流场可视化一直都是流体力学领域的热门话题。近些年来，随着观测技术与计算机技术的逐渐成熟，纹影技术在流场观测领域应用逐渐广泛。自Topler首先采用纹影测量技术定量测量流场以来，纹影法逐渐成为风洞试验中常规测量方法。与阴影测量技术相比，纹影测量法具有灵敏度高、图像分辨率强、观测效果直观等优点。纹影技术的基本原理可被概述为：通过折射将不可视物体的相位变化转换为光波振幅的变化，导致光强分布发生变化，最终实现将无法直接观测的物理量(如流速)直接呈现为图形。

PIV(Particle Image Velocimetry，粒子图像测速)技术是七十年代末发展起来的一种流体力学测速方法，采用了激光作为观测手段，具有瞬态、多点、无接触式的特点。PIV技术在近几十年来得到了不断完善与发展，与传统单点测速技术相比，PIV技术最大的特点在于使同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息成为可能，从而提供了丰富的可视流场空间结构及流动特性。

红外成像基于一切物体都存在红外辐射的原理，通过接收红外线来呈现出肉眼可见的热分布图像。红外成像技术一开始源于军事需求(夜间侦察、反侦察等)，近年来，随着机器视觉技术的迅速发展及热成像技术精度的提高，红外热成像技术的研究与应用已逐渐扩大到现代工业、农业、生物、食品和医疗等领域，并呈现出将进一步广泛普及的趋势。

传统的流场观测只能得到一方面的数据，比如PIV技术只能得到流场的速度分布，纹影相机也只能得到密度的分布。这对于分析流体数据十分不便。因此需要一种技术使得能够一次性获取更加全面的流场信息。这样可以很大的提高工作效率。并且可以通过数据对比，提高信息的准确性。同时，在进行流体仿真实验时，可以避免为收集多组数据反复实验带来的误差。

发明内容

有鉴于此，有必要针对结果单一的问题，提供一种新型流体多场观测的方法，可以得到更加全面的流场数据，并且将得到的数据经过程序的处理，融合后得到三维、全面、具体的流场图像。

本发明的一方面提供一种新型流体多场观测的系统，包括纹影相机系统、红外相机、流场区，所述的纹影相机系统包括光源、直视棱镜、聚光透镜、两个刀口、两个抛物面镜、准直透镜及相机，所述的直视棱镜固定在所述光源后方产生的光路上，所述的聚光透镜固定在直视棱镜后方的底板上，其中的一个刀口固定在所述的聚光透镜聚焦的焦点处，其后固定其中的一个抛物面镜，另外一个抛物面镜接收前一个抛物面镜反射出来的光路，并将其反射至接收区域，另外一个刀口固定在后一个抛物面镜反射出来的光线的聚焦处，其后固定准直透镜，其后为相机；所述的红外相机可在底板上移动，所述的流场区为圆柱形玻璃管道，PIV粒子投放装置位于下部。

其中，光源固定在底板上，使用不透光黑箱包裹，并在其中一面装上柔光屏、源格栅、准直透镜。

其中，所述的光源包括白光氙气灯。

本发明的另一方面提供了一种新型流体多场观测的方法，包括如下步骤：

步骤1，调节如权利要求1所述的纹影相机系统，直至能在相机呈现测试区域具体的图像为止；