[发明专利]基于荧光微丝偏转角度的流体流动测量方法

说明书

本发明涉及风洞流动测量试验技术领域，公开了基于荧光微丝偏转角度的流体流动测量方法，包括：将荧光微丝垂直于风洞风向、平行于风洞风向粘贴在待测模型表面，形成第一试验模型和第二试验模型，并进行风洞试验；采用成像设备拍摄获得荧光微丝的飘动状态，飘动状态包括第一试验模型中荧光微丝的第一偏转角度和第二试验模型中荧光微丝的第二偏转角度；基于第一偏转角度获取荧光微丝的流场速度；基于流场速度和第二偏转角度获取荧光微丝平行于风洞风向的第一速度和垂直于风洞风向的第二速度；基于流场速度和第一速度、第二速度获得待测模型表面流场结构。本发明解决了现有风洞试验采用的荧光微丝法不能对待测模型表面流动进行量化的问题。

技术领域

本发明涉及风洞流动测量试验技术领域，具体是指一种基于荧光微丝偏转角度的流体流动测量方法。

背景技术

风洞试验时模型会显著影响其表面附近的流场，由于肉眼无法观察到空气的流动，研究人员常用流动显示方法来显示流场情况，表面流动显示方法主要包括丝线、油流以及压敏漆(PSP)等方法。其中，丝线法可根据丝线的几何特征清晰显示气流在表面的流动方向以及判别流动是否分离，因其操作简单、成本低廉、响应快等特点，而且能一次粘附多次使用，成为了众多研究者们首选的方法。常规的丝线法所采用的丝线直径比较大，一般在1mm左右，这样的丝线粘贴在待测模型表面，可能会高于附面层的高度从而影响流场结构，无法真实的反应流场情况。后来为了解决这个问题，发展出了荧光微丝法。

荧光微丝法采用的丝线直径很小，直径在0.01mm-0.05mm之间，对流场的干扰很小，具有荧光材料的丝线在紫外光源的激励下发出荧光，其直径会“增长”数倍，便于观察和相机记录。

但是现有的荧光微丝法只能显示流动的大致方向或者用来判断是否分离，对于试验研究只是起到辅助作用，无法达到量化流动的目的。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供了一种基于荧光微丝偏转角度的流体流动测量方法，解决了现有风洞试验采用的荧光微丝法不能对待测模型表面流动进行量化的问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于荧光微丝偏转角度的流体流动测量方法，包括：

将荧光微丝垂直于风洞风向粘贴在待测模型表面，形成第一试验模型；

将荧光微丝平行于风洞风向粘贴在待测模型表面，形成第二试验模型；

在相同试验条件下，将第一试验模型、第二试验模型分别置于风洞中，并在紫外激励光源照射下进行风洞试验；

采用成像设备进行拍摄，基于拍摄结果获得荧光微丝的飘动状态，飘动状态包括第一试验模型中荧光微丝的第一偏转角度和第二试验模型中荧光微丝的第二偏转角度；

将第一偏转角度代入角度-速度函数式中，获取荧光微丝粘贴端点处的流场速度；

将流场速度和第二偏转角度代入三角函数中，获取荧光微丝粘贴端点处平行于风洞风向的第一速度和垂直于风洞风向的第二速度；

将流场速度和第一速度、第二速度标注在待测模型相应位置，获得待测模型表面流场结构。

进一步的，获取角度-速度函数式包括：

将荧光微丝粘贴在细棒上，荧光微丝与细棒轴线垂直；

将细棒垂直安置在风洞中，调整荧光微丝垂直于风洞风向，并在紫外激励光源照射下进行风洞试验；

逐步调节风洞风速，采用成像设备进行拍摄，基于拍摄结果获得荧光微丝的第三偏转角度；

将风洞风速与第三偏转角度进行拟合，得到角度-速度函数式。

进一步的，逐步调节风洞风速中的风速调节步长为2m/s。