立方米尺度下的高分辨率三維流場測量

來源：發(fā)布時間：2024-12-24

（論文部分內(nèi)容摘抄）

我們目前的結(jié)果從兩個大體積的體積流量實驗。其中一項研究是在低速(比較高0.35米/秒)下研究熱流，這證明了達(dá)到甚至可能超過一立方米體積尺寸的能力和要求。研究表明，使用填充氦的肥皂泡作為示蹤劑，結(jié)合脈沖LED照明，可以在大體積深度下獲得高粒子圖像質(zhì)量?？臻g和時間上的粒子成像非常均勻，能夠使用高粒子圖像濃度(高達(dá)0.1Ppp)，同時仍然能夠使用搖箱粒子跟蹤精確重建流體。該實驗包括在約為0.45um的體積內(nèi)對流羽流進(jìn)行時間分辨體積流測量。0.55米·(550升)通過使用直徑為300um的HFSB作為示蹤器，并使用大功率、可擴(kuò)展的白色LED陣列照明測量區(qū)域，實現(xiàn)如此大規(guī)模的測量所需的光產(chǎn)出。應(yīng)用搖動-The-Box算法，可以同時跟蹤多達(dá)275,000個氣泡。在規(guī)則網(wǎng)格上插值結(jié)果顯示了大量的流動結(jié)構(gòu)。該裝置可以擴(kuò)展到幾立方米的更大體積，基本上只受可用的LED和具有足夠的幀速率和像素尺寸的高分辨率相機的數(shù)量和功率的限制。

第二個實驗展示了通過應(yīng)用高速成像和先進(jìn)的LED照明來達(dá)到更高流速的可能性，同時仍可在相對較大的體積內(nèi)進(jìn)行測量。研究了一次沖擊湍流噴流，其體積從13升到47升不等，取決于相機系統(tǒng)的重復(fù)率。結(jié)果表明，即使在3.9千赫的重復(fù)頻率和高達(dá)17米/秒的流速下，被測試系統(tǒng)也能夠提供圖像，從而能夠可靠和準(zhǔn)確地跟蹤氣泡。

攝像系統(tǒng)：

from clipboard

相機設(shè)置包括五個攝像頭(德國Excelitas PCO 公司PCO.edge 5.5 sCMOS，分辨率為2560x2160像素)。它們以扁平的M型配置排列，相鄰相機之間的高度差為15厘米。攝像機被放置在圍繞對流室的圓形上，與圓柱形測量體積的垂直中心線有2.25m的距離，從而攝像機通過前窗垂直地看。

可精確重建各維度的粒子位置。相**外側(cè)攝像機的視線角度大于90°，機配備了f=35mm 鏡頭，孔徑設(shè)置為F.=11，提供了足夠的景深，可以成像直徑0.8米的物體。相機旋轉(zhuǎn)90°，因此其FOV的寬度為0.85米，高度為1.1米，以捕捉垂直延伸的圓柱體。

from clipboard

實驗裝置設(shè)在進(jìn)行對流實驗的同一圓柱形室中由噴嘴出口直徑為D的風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣射流，可變出口擊中扁平的丙烯酸玻璃板。在鄰近壁的大型測量體積中，根據(jù)施加在發(fā)生器上的氣壓，在充滿氦氣的肥皂泡播種。六臺高速攝像機(德國Excelitas PCO 公司的PCO.dimax型號高速相機)以不同的幀速率記錄粒子圖像，速率范圍從f=1.25kHz到f=3.9kHz，取決于流速。