專利名稱：流場可視化方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流體流場觀測與分析技術，尤其是針對一種粒子的運行軌跡成像裝置與可視化方法。
背景技術：
多年來，流場的可視化研究一直是人們比較感興趣的課題。隨著光學、電子影像技術和計算機技術的發(fā)展，人們開始利用電子影像和計算機技術研究分析流體的流動過程，包括流場顯示、速度和密度分布等。目前和本發(fā)明功能相近且應用廣泛的流動顯示分析技術是粒子圖像測速技術(Particle Image Velocimetry，簡稱PIV)。粒子圖像測速技術的基本原理是，把與流體密度相仿的微小示蹤粒子均勻地摻雜在待測流場中，使得示蹤粒子的變化能夠逼真地反映流場的變化，然后用激光(片狀)照射到流場中或者說照射到示蹤粒子上，由于粒子的反射，流場的變化就能通過這些反射的激光反映出來。這時再用高速特種CCD相機記錄下片狀激光上流場變化的切面，也就是記錄下流場的信息，這些高速特種CCD相機拍攝的信息通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C中，計算機中安裝有專用的計算軟件，這個軟件能夠控制系統(tǒng)工作，并且給出流場畫面和計算結(jié)果，如流場的速度分布圖，粒子密度等等。PIV技術系統(tǒng)的基本構(gòu)成，包括激光器、高速特種CCD照相機、計算機、分析計算軟件。PIV系統(tǒng)價格在幾十萬到幾百萬不等。粒子圖像測速技術(PIV)主要的缺點是1、價格昂貴，目前最便宜的國產(chǎn)PIV系統(tǒng)價格在50萬元以上，進口的價格更高，都在百萬元以上；2、PIV的流場顯示和速度計算是基于加入顯示粒子的互相關性原理，通過如Fourier積分變換等復雜計算得出粒子的流動軌跡和速度，這種計算由于沉余誤差，影響到了結(jié)果的準確性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種省去了PIV系統(tǒng)的高速CCD和激光器及粒子相關性分析計算軟件，設備簡單，可視化效果好的一種流場可視化裝置。
本發(fā)明的另一目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種流場可視化方法。
本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的流場可視化裝置是在平臺7上裝有照相機1、光源2、緊靠光源2裝有遮光板3，遮光板3與聚光鏡4與之間有一定的距離，平臺7上放置盛粒子器皿5。
流場可視化方法，包括以下順序和步驟a、造顯示粒子，按質(zhì)量百分比取206聚苯乙烯80-92％、尼龍或原子灰5-10％、熒光粉或紅外線吸收劑3-10％混合均勻；b、加熱210-230℃熔合，熔合后經(jīng)造粒機造粒，粒子直徑0.8-1.2mm，密度1.08g/cm3。
c、制備流體介質(zhì)，流體介質(zhì)是水和食鹽，其密度為1.08g/cm3。
d、將顯示粒子和流體介質(zhì)置于盛粒子器皿5中。
e、光源2發(fā)出紅外線或紫外線光通過遮光板3上的透光槽8和聚光鏡4所形成的光束6照射盛粒子器皿5，粒子在流體介質(zhì)中顯示其運動軌跡，通過照相機1記錄其運動軌跡。
本發(fā)明的目的還可以通過以下方式實現(xiàn)光源2、聚光鏡4、光束6、遮光板3、透光槽8和盛粒子器皿5在同一直線上，并與照相機1垂直；光源2為紅外線光源或紫外線光源；遮光板3上設有長80mm，寬20mm透光槽8；遮光板3與聚光鏡4之間的距離為20-50mm；盛粒子器皿5可以是玻璃燒杯，也可以是透明度較好的其他材料制成的器皿。
有益效果本發(fā)明應用吸收不可見光的粒子成像，使用常規(guī)相機或數(shù)碼相機和紅外或紫外線光源，直接記錄粒子移動軌跡；省去了PIV系統(tǒng)的高速CCD和激光器及粒子相關性分析計算軟件，大幅度降低了系統(tǒng)成本。本發(fā)明的成本大約是目前通用PIV價格的1/40到1/10。
圖1為流場可視化裝置結(jié)構(gòu)2為流場可視化裝置原理3為圖1遮光板3的結(jié)構(gòu)圖1照相機，2光源，3遮光板，4聚光鏡，5盛粒子器皿，6光束，7平臺，8透光槽。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例作進一步詳細描述實施例1可視化系統(tǒng)由1照相機、2光源、3遮光板、8透光槽、4聚光鏡、5盛粒子器皿和被觀測流體及顯示粒子及安裝平臺7組成，其安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。光源2、聚光鏡4及照相機1可以在平臺7上移動，以便得到最佳的照明和成像效果。顯示粒子由80g206聚苯乙烯、10g尼龍和10g熒光粉混合均勻，加熱210℃充分熔合，熔合后經(jīng)造粒機造粒，粒子直徑0.8mm，密度1.05g/cm3。流體介質(zhì)為水，另加食用鹽調(diào)節(jié)密度為1.05g/cm3。流體用直徑120mm高度160mm玻璃燒杯盛裝。紫外線光源2前面加遮光板3，遮光板3上有長80mm，寬2mm透光槽8。遮光板3前20mm處加聚光透鏡4(非標準產(chǎn)品，可以根據(jù)需要委托加工)，聚光透鏡4距盛粒子器皿5 100mm。照相機1鏡頭前端面距盛粒子器皿5 100mm。如本例系統(tǒng)用于觀測人工攪拌后盛粒子器皿5內(nèi)流場，攪拌后粒子流動速度大約5mm/s，可以選擇快門速度1s，光圈1/32，應在暗室拍攝，白天拍攝應加濾光鏡。
實施例2本實施例的可視化系統(tǒng)由1照相機、2光源、3遮光板、8透光槽、4聚光鏡、5盛粒子器皿和被觀測流體及顯示粒子及安裝平臺7組成，其安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。光源2、聚光鏡4及照相機1可以在平臺7上移動，以便得到最佳的照明和成像效果。顯示粒子由92g206聚苯乙烯、5g原子灰、3g紅外線吸收劑混合均勻，加熱220℃充分熔合，熔合后經(jīng)造粒機造粒，粒子直徑1.0mm，密度1.08g/cm3。流體介質(zhì)為水，另加食用鹽調(diào)節(jié)密度為1.08g/cm3。流體用直徑120mm高度160mm盛粒子器皿5盛裝。紅外線光源2前面加遮光板3，遮光板3上有長80mm，寬2mm透光槽8。遮光板3前50mm處加聚光透鏡4(非標準產(chǎn)品，可以根據(jù)需要委托加工)，聚光透鏡4距盛粒子器皿5 80mm。照相機1鏡頭前端面距盛粒子器皿5 200mm。如本例系統(tǒng)用于觀測人工攪拌后燒杯內(nèi)流場，攪拌后粒子流動速度大約5mm/s，可以選擇快門速度1s，光圈1/32，白天拍攝應加濾光鏡。
實施例3本實施例的可視化系統(tǒng)由1照相機、2光源、3遮光板、8透光槽、4聚光鏡、5盛粒子器皿和被觀測流體及顯示粒子及安裝平臺7組成，其安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。光源2、聚光鏡4及照相機1可以在平臺7上移動，以便得到最佳的照明和成像效果。顯示粒子由85g206聚苯乙烯、7g原子灰、5g紅外線吸收劑混合均勻，加熱230℃充分熔合，熔合后經(jīng)造粒機造粒，粒子直徑1.2mm，密度1.08g/cm3。流體介質(zhì)為水，另加食用鹽調(diào)節(jié)密度為1.08g/cm3。流體用直徑120mm高度160mm盛粒子器皿5盛裝。紫外線光源2前面加遮光板3，遮光板3上有長80mm，寬2mm透光槽8。遮光板3前35mm處加聚光透鏡4(非標準產(chǎn)品，可以根據(jù)需要委托加工)，聚光透鏡4距盛粒子器皿5 50mm。照相機1鏡頭前端面距盛粒子器皿5 300mm。如本例系統(tǒng)用于觀測人工攪拌后燒杯內(nèi)流場，攪拌后粒子流動速度大約5mm/s，可以選擇快門速度1s，光圈1/32，白天拍攝應加濾光鏡。
權利要求
1.一種流場可視化裝置，其特征在于，在平臺7上裝有照相機1、光源2、緊靠光源2裝有遮光板3，遮光板3與聚光鏡4與之間有一定的距離，平臺7上放置盛粒子器皿5。
2.按照權利要求1所述的流場可視化方法，其特征在于，光源2、遮光板3、透光槽8、聚光鏡4、光束6和盛粒子器皿5在同一直線上，并與照相機1垂直。
3.按照權利要求2所述的一種流場可視化裝置，其特征在于，光源2為紅外線光源或紫外線光源。
4.按照權利要求2所述的流場可視化裝置，其特征在于，遮光板3上設有長80mm，，寬20mm透光槽8。
5.按照權利要求1或2所述的流場可視化裝置，其特征在于，遮光板3與聚光鏡4之間的距離為20-50mm。
6.按照權利要求1所述的流場可視化裝置，其特征在于，盛粒子器皿5可以是玻璃燒杯，也可以是透明度較好的其他材料制成的器皿。
7.按照權利要求1所述的流場可視化方法，其特征在于，包括以下順序和步驟a、造顯示粒子，按質(zhì)量百分比取206聚苯乙烯80-92％、尼龍或原子灰5-10％、熒光粉或紅外線吸收劑3-10％混合均勻；b、加熱210-230℃熔合，熔合后經(jīng)造粒機造粒，粒子直徑0.8-1.2mm，密度1.08g/cm3；c、制備流體介質(zhì)，流體介質(zhì)是水和食用鹽，其密度為1.08g/cm3；d、將顯示粒子和流體介質(zhì)置于盛粒子器皿5中；e、光源2發(fā)出紅外線或紫外線光通過遮光板3上的透光槽8和聚光鏡4所形成的光束6照射盛粒子器皿5，粒子在流體介質(zhì)中顯示其運動軌跡，通過照相機1記錄其運動軌跡。
全文摘要
本發(fā)明涉及流體流場觀測與分析技術，尤其是針對一種粒子的運行軌跡成像裝置與可視化方法。流場可視化裝置是在平臺上裝有照相機、光源、遮光板，聚光鏡和盛粒子器皿。光源發(fā)出紅外線或紫外線光，通過遮光板和聚光鏡所形成的光束照射盛粒子器皿，粒子在流體介質(zhì)中顯示其運動軌跡，通過照相機記錄其運動軌跡。本發(fā)明應用吸收不可見光(紅外或紫外)的粒子成像，使用常規(guī)相機或數(shù)碼相機和紅外或紫外線光源，直接記錄粒子移動軌跡；省去了PIV系統(tǒng)的高速CCD和激光器及粒子相關性分析計算軟件，大幅度降低了系統(tǒng)成本。本發(fā)明的成本大約是目前通用PIV價格的1/40到1/10。
文檔編號G01T5/00GK101078773SQ200710055770
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權日2007年6月18日
發(fā)明者劉慶平, 任露泉, 崔占榮 申請人:吉林大學