彩色纹影技术在复杂流场显示中的应用

该文论述了两种彩色滤光片/刀口法纹影技术在复杂流场显示中的应用。用该方法获得了底部排气弹超音速风洞试验的彩色纹影图片,并按照纹影技术理论对结果进行了分析和计算。     

通风射流纹影成像可视化实验设计

针对通风工程中气流不可视、射流理论抽象,学生无法对气流分布形成直观认识的难点,该文利用纹影成像技术构思了自由射流理论的新实验方法,并进行了实验教学设计。实验利用纹影成像技术可视化效果突出、能够进行流场尺寸量化的优点,制作了一种基于纹影成像原理的Y型光学实验系统,在通风空调实验平台基础上配合传统热敏风速元件的测量,可充分展示通风射流的湍流发展和变化规律,并获得定量特征参数。该实验利用纹影可视化手段与通风射流理论相结合,实验结果形象直观,实验过程操作性强,有助于学生充分理解通风工程中的基础射流理论知识和难点,培养学生实践和创新能力。     

稳定阴燃过程烟气流动的纹影分析

阴燃中烟气流动和氧气扩散是影响传播速度和温度场的关键,目前少有报道。本研究搭建了单镜离轴纹影系统,对不同直径(3、4、5 mm)和不同种类(生物质、炭)棒状燃料的阴燃烟气流动进行了纹影观察和图像记录分析。结果表明：与视觉下模糊的生物质阴燃烟气图像及不可见的炭棒阴燃烟气图像相比,两者的纹影图像较为清晰;纹影图像显示,在稳定阴燃过程棒状燃料周围的烟气流动为层流;相比于生物质棒,炭棒烟气流动的纹影图像更加明显,这可能是由于其CO₂浓度更高的原因;生物质棒阴燃最大烟气直径约为其直径的2倍,炭棒最大烟气直径约为其直径的3倍。     

纹影法及其应用

纹影法是一种将位相分布转换为可见图象的光学方法。本文介绍实现这一方法的基本实验装置。着重举出纹影法在显示折射率、温度、密度及应力等物理量的不均匀性方面的应用;并举出国外用纹影法在研究等离子体、液体、冲击波及在空气动力学等方面的应用的例子。     

用于内波竖向观测的数字纹影系统

为了实现对内波等流场的大视场无干扰竖向显示测量,设计了一种透镜和反射镜结合使用的平面反射双光程形式的纹影系统。使用“虚拟光刀”代替传统纹影系统中的真实光刀,且对系统的光学系统和图像采集系统进行了集成耦合设计,可以直接得到实时连续的数字化流场纹影图。对纹影图进行多次Wiener滤波,渐次增大Wiener滤波的像素估计邻域,可以有效去除图像中的随机噪声。     

激光纹影仪观测传质过程中RBM对流结构

建立以激光为光源的纹影仪装置，用激光纹影仪在线监测不同有机溶剂各种传质过程中产生的RBM（Rayleigh-Benard-Marangon)现象，同时拍摄了传质过程中出现的RBM现象状态，定性分析了不同影响因素的影响，其成果将有助于进一步的理论分析。     

纹影技术在侧后向喷流实验中的应用

在风洞实验中采用纹影照相和压力分布相结合的实验方法,确定了侧后向喷流复合增程技术中喷嘴一模型之间间隙的大小对表面压力的影响。通过二元尖劈模型Ma=2．0、喷流压力比P0j／P∞=0及P0j／P∞=88条件下进行了不同喷嘴周围缝隙时有无侧后向喷流的对比实验,获得了定量结果。在喷流口前后模型表面压力分布与喷流在弹体表面产生激波的纹影照片的比较,为侧后向喷流实验模型分立式布局设计提供了实验依据,也为侧后向喷流复合增程技术研究的实验装置设计打下了良好的基础。     

基于非球面的纹影系统设计

在大口径纹影系统中,主反射镜通常采用球面反射镜,球面反射镜虽然加工成本低但像质差一些.我们设计的纹影系统主反射镜采用抛物面反射镜,对由两个抛物面反射镜组成的纹影系统和两个球面反射镜组成的纹影系统的像质和像面照度均匀性进行了对比,对环境如气压和温度对窗口的影响进行了有限元分析.设计结果表明：主反射镜采用抛物面反射镜像面上的光斑均匀性优于主反射镜采用球面反射镜的纹影系统.     

激光推进器辅助启动实验研究

为了研究激光推进器辅助启动机理,使用Nd:YAG固体脉冲激光器,并通过凸透镜聚焦光束来击穿工质,采用快速运动分析仪与纹影仪两种测量方式相结合,清楚地拍摄到了激光等离子体发光的照片和波后气流扰动纹影照片,估算出了等离子体持续时间及其他特征参数。实验中通过改变工质参数,等离子体波的空间尺寸及持续时间明显变化;实验发现采用不同的辅助启动方式会对激光推进器性能产生明显的影响。     

纹影法的二维显示

本文讨论了纹影法的刀口位置,指出用一维刀口不能有效地显示二维位相梯度.在点光源情况下改用直角刀口就可对位相物进行二维显示。     

火花点火发动机燃烧循环变动特性的高速纹影摄影研究

介绍了运用高速纹影摄影对火花点火发动机循环变动特性的研究。确定了纹影摄影胶片中可用于循环变动研究的部分，并对其进行了分析。结果表明：火花点火发动机的燃烧循环变动在燃烧一开始就已产生，并且表现为火焰中心、火焰速度、当量火焰半径、点火延迟时间、临界火地径、临界火焰速度等的变动。     

金属桥箔电爆炸等离子体流场实验研究

为了研究金属桥箔电爆炸等离子体流场特征,进行了金属桥箔电爆炸实验.利用基于纹影摄影技术的双脉冲光源等离子体流场结构测量系统,对桥箔电爆炸等离子体流场进行了照相观测,获得了不同时刻等离子射流和冲击波的物理图像.分析了等离子体流场变化规律,得到了等离子体及冲击波的特性参数.     

用光学纹影技术观察发动机内天然气-空气混合过程的研究

研究制作了透明的混合器模型和定容装置，使用光学纹影技术把由高速CCD照相机拍摄的纹影画像送入画像处理装置进行处理，可以定量地确定混合器内部天然气－空气的分布特性以及从喷射阀喷出的天然气喷流的形状和贯穿距离。提出了促进天然气－空气混合的途径，得出了突发天然气喷流的贯穿距离与喷射时间的平方根成正比等结论。     

风洞彩色纹影技术研究

在风洞气流场的观察和显示中,纹影法是最常用的方法。本文概述了彩色纹影技术的优点,从几何光学的角度论证了光线在变密度气流场中的偏转,用对比的方法说明了彩色纹影成象的原理,总结了彩色纹影系统主要另件的选择和加工,给出了彩色、黑白两种纹影图片,并讨论了本次研究的结果。     

强激光烧蚀铝靶实验及数值模拟

为研究强激光对金属铝靶的毁伤效应及作用规律,进行了不同能量强脉冲激光烧蚀铝靶实验。采用纹影高速照相技术,观察了激光作用铝靶过程中形成的溅射产物和冲击波流场,获得了不同激光能量作用下铝靶的烧蚀特征。建立了强激光烧蚀铝靶的2维计算模型,对脉冲激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光脉冲能量对铝靶烧蚀深度的影响规律。对连续强激光大光斑烧蚀铝靶过程进行了数值模拟计算,对比分析了有重力和无重力作用下烧蚀深度以及烧蚀形貌特征。结果表明,在重力作用下烧蚀深度小于无重力作用下的情况,而烧蚀面积大于无重力作用下的烧蚀面积。      

光滑管中预混火焰传播物理机理的实验研究

开展了常温常压下二元燃料氢气/丙烷和空气预混气体在光滑方管道中火焰传播物理机理的实验研究。采用压力-时间记录法和纹影法两种测试方法,获得火焰传播速度和火焰阵面结构沿管道变化情况。结果表明:两种方法所测得的火焰传播速度在所测量范围内都先增加后减小。火焰加速传播机理主要是前方未燃气体受到前驱压缩波作用而被加热和压缩的正反馈微分加速机制,之后在管端反射的压缩波影响下,火焰传播速度略有降低。     

检影镜的光学原理及其光路分析

本文阐述了检影验光法中所用仪器检影镜的工作原理,其中重点阐述了仪器的光学原理和检影法原理。     

面向喷涂技术的等离子射流特性研究

结合纹影成像等测试技术和数值模拟技术，考察、记录和分析等离子喷涂过程中的现象与数据，揭示等离子射流动力学和热物理特性，研究上述特性对涂层质量的影响规律．结果表明，冷空气强烈卷入，导致射流温度、速度、浓度沿射流轴向和径向衰减很快，有必要采取附加保护喷嘴等措施，减缓空气卷入对涂层质量造成的负面影响．所建模型可为提高等离子喷涂涂层质量提供有益的指导．     

气液传质相界面湍动现象的实验及分析

气液相际间传质过程中,由溶质浓度梯度产生的表面张力梯度可以导致相界面湍动现象.本文采用激光纹影仪观察及计算机在线图象采集的方法,对气液两相物理吸收和解吸过程中相界面处的湍动现象进行了实验研究.传质过程包括异丙醇、乙醇、甲醇、氯苯吸收和解吸CO2.实验结果表明,在不同的吸收体系中,有不同的湍动形状,根据其形状大致可分为多边形和滚桶状两类;同一体系,在不同的实验条件下,也会有多种界面湍动的形式,其形式与吸收体系性质和实验条件密切相关.     

平面激波冲击柱形气体界面的实验研究

采用高速纹影法实验研究了马赫数为1.2的平面激波冲击下柱形气体界面的演变发展过程.采用环约束的方法,利用肥皂膜技术形成了柱形界面.在单次实验中得到了平面激波与柱形界面作用的全过程,观测了波系发展以及气体界面的演化.结果表明,在激波冲击下SF6气柱下游界面会产生射流结构并最终发展成蘑菇形状;而氦气气柱受到激波冲击后会出现反相,上游界面发展出射流结构并穿透下游界面,最终界面发展成两个独立的涡结构.通过测量比较界面尺寸的变化,可以较清楚地了解界面变形的物理规律.最后将SF6气柱实验中获得的激波和气体界面的速度与一维气体动力学预测结果进行比较,吻合较好,从而验证了环约束方法在Richtmyer-Meshkov不稳定性实验研究中形成气体界面的可行性.