現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試基礎(chǔ) 復(fù)習(xí).ppt

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1、《現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)》復(fù)習(xí)王德忠教授2014年11月1現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)基本問題測(cè)試技術(shù)的水平直接影響科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了探測(cè)技術(shù)的變革;流場(chǎng)測(cè)量的物理量主要包括:速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、密度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、粒度場(chǎng)等;現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)的重要標(biāo)志是激光及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用;2現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀從穩(wěn)態(tài)向瞬態(tài)發(fā)展從逐點(diǎn)向全場(chǎng)發(fā)展從二維向三維發(fā)展從接觸向非接觸發(fā)展從非實(shí)時(shí)、非在線向?qū)崟r(shí)、在線發(fā)展3課程主要講授內(nèi)容現(xiàn)代流場(chǎng)測(cè)試基礎(chǔ):激光與CCD光散射粒度測(cè)量激光多普勒測(cè)速(LDA)相位多普勒粒徑測(cè)量(PDPA)粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)全息干涉流場(chǎng)測(cè)量激光誘導(dǎo)熒光

2、法(LIF)流場(chǎng)測(cè)量4激光(LASER) -定義LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(LASER)1964年,按照我國科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。5激光(LASER) -激光形成過程高能級(jí)態(tài)的原子,在能量光的作用下,由高能級(jí)態(tài)躍遷到低能級(jí)態(tài),并輻射出與入射光波的相位、偏振、頻率及傳播方向相同的光波。這種過程叫受激輻射。通過泵浦激勵(lì)使工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),受激輻射產(chǎn)生大量特征相同的光子;通過諧振腔對(duì)所產(chǎn)生受激輻射光束的方向、頻率等加以選擇,從而產(chǎn)生單向性、單色性、強(qiáng)度等極高的光束,

3、形成激光。6激光(LASER) -激光的特點(diǎn)單向性好譜線窄、單色性好能量密度大、亮度高相干性好7激光(LASER) -激光器通常把激活物質(zhì)、激勵(lì)能源和諧振腔三者一起統(tǒng)稱為激光器。按工作物質(zhì)分類:固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器。按激勵(lì)方式分類:光泵式激光器、電激勵(lì)式激光器、化學(xué)激光器等;按運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類:連續(xù)激光器、脈沖激光器。8電荷耦合器件(CCD)英文名:ChargeCoupledDeviceCCD是一種半導(dǎo)體裝置,能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(Pixel)。CCD的工作原理由微型鏡頭、分色濾色片、感光層等

4、三層;9CCD的構(gòu)成由一系列緊密排得的MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)電容器組成;在襯底和電極間加上偏置電壓,形成一個(gè)MOS電容器;電極下半導(dǎo)體內(nèi)的空穴被排斥,產(chǎn)生耗盡層,對(duì)于電子而言是一個(gè)勢(shì)能特別低的區(qū)域,因此也叫“勢(shì)阱”;氧化層金屬柵電極GP型半導(dǎo)體耗盡區(qū)(勢(shì)阱)反型層UG>Uth光投射到MOS上時(shí),襯底每吸收一個(gè)光子,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì),電子被吸引到電荷反型區(qū)存儲(chǔ)。光越強(qiáng),勢(shì)阱中存儲(chǔ)電荷越多,這樣把光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電荷數(shù)量。10線陣CCD電荷包讀取將一定規(guī)則變化的電壓加到CCD各電極上,電極下的電荷包就能一個(gè)像素一個(gè)像素地沿半導(dǎo)體表面朝一個(gè)方向移動(dòng)。從而實(shí)

5、現(xiàn)CCD陣列內(nèi)一個(gè)線陣CCD電荷包的讀取。11示蹤粒子選擇要求流體內(nèi)跟隨性較好良好的光散射性易于生成、價(jià)格低廉無毒、無腐蝕、無磨蝕的不揮發(fā)或蒸發(fā)得慢化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定清潔、無污染12激光全息流場(chǎng)測(cè)量13激光全息術(shù) -全息照相1948年,英國的蓋伯(DennisGabor)提出了新的成像原理,即全息術(shù)。全息照相是指利用光的干涉原理,記錄了物光中的全部信息,包括位相,有立體感。14全息照相與普通照相對(duì)比15激光全息術(shù) -全息照相過程全息照相是一種兩步成像法:“記錄過程”和“再現(xiàn)過程”。記錄再現(xiàn)16激光全息術(shù) -全息干板干涉條紋一張攝制的全息圖記錄的是一組“無規(guī)則”的條紋

6、該條紋記錄了來自被攝物體發(fā)射出的光波的振幅和位相。與光波的振幅和位相對(duì)應(yīng)的是干涉條紋的灰度和條紋間距。處理完成的全息干板17激光全息術(shù) -同軸全息蓋伯1948年制作的全息圖屬同軸全息圖,光源、物體和全息干版在同一軸線上;由于物光束O的存在,使得在攝制實(shí)像時(shí),同時(shí)遇到一個(gè)由物光束O產(chǎn)生的離焦的孿生像,嚴(yán)重影響所攝的像的清晰度。18激光全息術(shù) -離軸全息為了消除全息圖中的孿生像問題,利思一烏帕特尼克斯提出離軸全息技術(shù);所謂離軸全息是指參考光束同測(cè)試光束是分開的,在全息底片上測(cè)試光束和參考光束成一定夾角,便于再現(xiàn)。19同軸全息的優(yōu)缺點(diǎn)20同軸全息的優(yōu)缺點(diǎn)21激光全息

7、術(shù) -全息干涉測(cè)密度場(chǎng)流場(chǎng)密度變化將引起基底干涉條紋的平移和彎曲?;赘缮鏃l紋的這種變化和流場(chǎng)密度變化之間有著定量的關(guān)系。設(shè)干涉圖片測(cè)得干涉條紋之間的初始距離為d0,干涉條紋的移動(dòng)量為Δd,則受擾動(dòng)的流場(chǎng)密度ρ與未受擾動(dòng)的流場(chǎng)密度ρ0之間有如下關(guān)系22激光全息術(shù) -全息干涉測(cè)溫度場(chǎng)定壓條件下進(jìn)行測(cè)量,則氣態(tài)方程為根據(jù)密度與干涉條紋間的關(guān)系得溫度為23激光全息術(shù) -全息干涉測(cè)溫度場(chǎng)實(shí)例ε=1處:N=1ε=1處:N=224光散射粒度測(cè)量25光散射光束通過不均勻介質(zhì)時(shí),部分光束偏離原來方向而分散傳播,從側(cè)向也可以看到光的現(xiàn)象,叫做光散射,包括反射、折射和衍射;介質(zhì)中

8、存在其它物質(zhì)微粒,或介質(zhì)本身密度不均勻

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