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

（論文部分內容摘抄）

我們目前的結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，結合脈沖LED照明，可以在大體積深度下獲得高粒子圖像質量?？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的體積內對流羽流進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出。應用搖動-The-Box算法，可以同時跟蹤多達275,000個氣泡。在規(guī)則網格上插值結果顯示了大量的流動結構。該裝置可以擴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量和功率的限制。

第二個實驗展示了通過應用高速成像和先進的LED照明來達到更高流速的可能性，同時仍可在相對較大的體積內進行測量。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)的重復率。結果表明，即使在3.9千赫的重復頻率和高達17米/秒的流速下，被測試系統(tǒng)也能夠提供圖像，從而能夠可靠和準確地跟蹤氣泡。

攝像系統(tǒng)：

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相機設置包括五個攝像頭(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**外側攝像機的視線角度大于90°，機配備了f=35mm 鏡頭，孔徑設置為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。

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實驗裝置設在進行對流實驗的同一圓柱形室中由噴嘴出口直徑為D的風扇產生的空氣射流，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。