[发明专利]一种基于激光诱发粒子技术的空气流动显示方法

说明书

本发明涉及一种基于激光诱发粒子技术的空气流动显示方法，将激光诱发粒子技术与流动显示技术有机结合，其中利用激光诱发粒子技术可在不引入额外粒子发生装置的情况下，从实验模型表面激发粒子以实现流场信息的可视化。直接在实验模型上利用激光粒子诱发技术所诱发的粒子在流场中的分布较均匀，避免了人工添加粒子分布不均所造成的局部流动信息缺失，便于进行边界层流动等特定流动的显示。

技术领域

本发明涉及流动显示技术领域，特别是设计一种可在低速风洞内应用的基于激光诱发粒子技术的空气流动显示方法。

背景技术

流动显示方法是在力求不改变流场品质以及流体力学性质的前提下，用图像显示流动现象的方法。风洞中常用这类方法来显示流动分离、尾流、旋涡、边界层和激波等流动现象。流动显示方法可用于风洞流场测量和各类空气动力实验，为流场的分析和计算提供可靠的流动图像，利于一些新流动现象的发现，是实验流体力学中的重要研究手段。常用的流动显示方法有添加剂法、光学法、能量法和计算机图示法。

添加剂法在流体中人工地加入某些物质，通过对加入物质的踪迹的观察得到流体运动的图像。这类方法有荧光油流法、荧光微丝法、液晶法、升华法、显温漆法、色(烟)流法、氢气泡法、蒸汽屏法、氦气泡法等。

光学显示法常用在气流有密度变化的高速流场中，具有不干扰流场的优点。气体的光折射率是密度的函数，通过流场的光线因流场密度的变化会产生位置差、方向差和光程差，从而发生偏转，反映流场的特性。光学显示法包括阴影法、纹影法、干涉法等。阴影法记录的是光束的位移，阴影图表征流场密度梯度的变化。纹影法记录光束的偏转角，纹影图表征流场密度的梯度。红外热像仪和层析技术也属于这一类方法。

能量法是对流体某单元施加能量，使能量增大的流体元像示踪粒子那样运动，再利用光学等手段显示流动图像，例如用于低压气体流场的辉光放电法和电子束法。

计算机图示法是利用多孔探头、热线、热膜计或光学仪器测得流体运动的物理量，经过计算机转换和运算，可在绘图仪上绘出或在荧光屏上显示参数分布或流动图像，实现了流场显示方法的图像判读和数据处理的自动化。

在实际问题，尤其是在风洞实验中，这几种方法的应用有很多困难和不足之处。添加剂法比较直观简易，但难以获得某一确定流动截面或位置的流动信息，且添加剂种类的不同以及添加装置的选择都会对流场品质有不同程度的影响，带来效果上的差异。光学显示法对流场的温度场和速度场均无干扰作用，且可以记录某一瞬时特定位置的流动图形，从而可以确定在某一瞬时、一定空间范围内的各种参数的空间分布。但光学显示法对仪器设备的要求较高，成本昂贵，且不能保证成像效果。能量法依托于光学测量法，原理和操作更为复杂，对实验装置的要求也更高。

目前国内外针对空气流动显示方法的研究有很多，以粒子图像测速技术(PIV、PVD、层析PIV等)、激光诱发荧光技术(PLIF)为代表，但这些方法主要局限在对光学显示法的改进上，缺少原理性的突破尤其是粒子置入方式上的创新，装置价格昂贵并且多用于超音速风洞研究中。在前沿研究中尚未发现将激光诱发粒子技术与流动显示相结合，从实验模型激发粒子以显示流动状态的相关研究。在SooPAT专利搜索引擎上进行搜索“激光诱发粒子流动显示”，未见相关的公开专利。

发明内容

要解决的技术问题

本发明旨在解决上述流动显示方法中存在的一些问题，从可操作性、准确性、经济性等方面综合考虑，设计出一种可用于低速风洞实验且应用较为方便实用的流动测量方法。

技术方案

一种基于激光诱发粒子技术的空气流动显示方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将一侧均匀喷涂涂层的平板模型与风洞上下壁面的孔之间进行螺栓连接，使平板涂敷涂层的一侧正对风洞外侧壁；