CN104729827B - 一种用于观测通气空化流场规律的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于观测通气空化流场规律的装置，属于流动测量技术领域。装置包括脉冲激光器、空化水洞、试验件、荧光漆和CCD相机；脉冲激光器发出波长为L1的片光源，试验件的表面涂覆荧光漆，脉冲激光器发出的片光源照射到试验件表面的荧光漆后反射出波长为L2的亮光；试验件设置在空化水洞内部，试验件的前端迎向水流方向，脉冲激光器设置在空化水洞的正上方，所述脉冲激光器的出光口正对试验件，试验件在中心轴线位于所述脉冲激光器发出的片光源所在的平面内；CCD相机的光轴与脉冲激光器片光源所在的平面垂直。本发明能够解决流场中的反光现象并且对于提高PIV的精度具有重要意义。

Description

一种用于观测通气空化流场规律的装置
技术领域
本发明涉及流动测量技术领域，具体涉及一种用于观测通气空化流场规律的装置。
背景技术
流动测量技术的发展对于研究和解决航空、航天、船舶等行业涉及的一系列基础流体力学问题具有重要意义。目前，PIV(粒子图像测试技术)已经得到了广泛应用，极大地促进了空气动力学、水动力学领域的流场运动特性研究。但是，由于PIV采用片光源照射流场，导致近壁区内无法测量，降低了PIV系统的应用范围。
通气空化流场对于船舶减阻具有重要意义，采用PIV开展通气空化流场观测和测量时，脉冲激光光源或者连续激光光源照射到实验模型表面，由于激光具有单色性好、相干性高和方向性强的特点，实验模型表面激光反射极强，使记录的图像中无法区分开模型表面和粒子图像，处理得出的运动信息也是存在较大误差，甚至是错误的。因此，激光对于流场的照射效果对于PIV系统的测量具有至关重要的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于观测通气空化流场规律的装置，能够解决流场中的反光现象并且对于提高PIV的精度具有重要意义。
一种用于观测通气空化流场规律的装置，包括脉冲激光器、空化水洞、试验件、荧光漆和CCD相机；
所述脉冲激光器发出波长为L1的片光源；
所述空化水洞由透明有机玻璃制成，其纵向截面为矩形，空化水洞内部充有流动的水体；
所述试验件内部的空腔内预置有粒子，试验件的前端具有环形气隙，所述试验件的表面涂覆荧光漆，所述脉冲激光器发出的片光源照射到试验件表面的荧光漆后反射出波长为L2的亮光；
所述试验件设置在空化水洞内部，试验件的前端迎向水流方向，所述脉冲激光器设置在空化水洞的正上方，所述脉冲激光器的出光口正对试验件，所述试验件在中心轴线位于所述脉冲激光器发出的片光源所在的平面内；所述CCD相机固定安装在空化水洞的一侧，CCD相机的光轴与脉冲激光器片光源所在的平面垂直。
进一步地，所述脉冲激光器的片光源波长L1为532或450纳米。
进一步地，所述试验件表面的材料后反射的亮光波长L2为非532或非450纳米。
进一步地，所述CCD相机的前端装有滤光片，滤光片滤掉波长为L2的亮光。
进一步地，所述试验件表面沿试验件的轴向涂覆条形的荧光漆，满足脉冲激光器发出的片光源能照射到条形的荧光漆上，可以减少荧光漆的用量，节约试验成本。
工作原理：进行试验时，空化水洞实验段内的水体具有一定流速，试验件前端的环形气隙喷出气流，该气流与水体形成通气空穴，试验件内部的粒子随气流布撒在通气空穴内，脉冲激光器发出片光源的波长为L1，片光源经空化水洞的有机玻璃、水体、气液交界面后照射到试验件表面的荧光漆上，试验件表面涂覆的荧光漆在受到激光照射后，激发出波长为L2的亮光，CCD相机前端固定的滤光片仅仅接收波长为L1的亮光。由于荧光漆反射光的波长避开了L1，该反射光对于通气流场的观测没有任何影响，因此能够完全的观测到粒子在通气空穴内的运动规律。
有益效果：本发明中荧光漆波长避开了脉冲激光器片光源波长，试验件表面波长为L2的反光对于通气流场没有任何影响，消除了测量区域中的光斑，有效解决了流场反光造成的近壁区无法测量的问题，而且如果能够保证粒子播撒的效果，也将大大地提高PIV的测量精度和应用范围。
附图说明
图1为本发明的整体组成结构示意图；
其中，1-脉冲激光器、2-空化水洞、3-试验件、4-荧光漆、5-CCD相机、6-通气空穴、7-气液交界面。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种用于观测通气空化流场规律的装置，包括脉冲激光器1、空化水洞2、试验件3、荧光漆4和CCD相机5；
所述脉冲激光器1发出波长为532纳米的片光源；
所述空化水洞2由透明有机玻璃制成，其纵向截面为矩形，空化水洞内部充有流动的水体；
所述试验件3内部的空腔内预置有粒子，试验件3的前端具有环形气隙，所述试验件3的表面涂覆荧光漆4，所述脉冲激光器1发出的片光源照射到试验件3表面的荧光漆4后反射出波长为非532纳米的亮光；
所述试验件3设置在空化水洞内部，试验件3的前端迎向水流方向，所述脉冲激光器1设置在空化水洞的正上方，所述脉冲激光器1的出光口正对试验件3，所述试验件在中心轴线位于所述脉冲激光器1发出的片光源所在的平面内；所述CCD相机5固定安装在空化水洞的一侧，CCD相机5的光轴与脉冲激光器1片光源所在的平面垂直，所述CCD相机的前端装有滤光片，滤光片滤掉波长为L2的亮光。
工作原理：进行试验时，空化水洞实验段内的水体具有一定流速，试验件前端的环形气隙喷出气流，该气流与水体形成通气空穴6，试验件3内部的粒子随气流布撒在通气空穴6内，脉冲激光器1发出片光源的波长为L1，片光源经空化水洞的有机玻璃、水体、气液交界面后照射到试验件3表面的荧光漆4上，脉冲激光器1发出激光的波长为532纳米，试验件3表面涂覆的荧光漆4在受到激光照射后，激发出波长为非532纳米的亮光，CCD相机5前端固定的滤光片采用带通滤波，仅仅接收波长为532纳米的亮光。由于荧光漆4发光的波长避开了532纳米，模型表面的反光对于通气流场没有任何影响，因此能够完全的观测到粒子在通气空穴内的运动规律。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于观测通气空化流场规律的装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、空化水洞(2)、试验件(3)、荧光漆(4)和CCD相机(5)；
所述脉冲激光器(1)发出波长为L1的片光源；
所述空化水洞(2)由透明有机玻璃制成，其纵向截面为矩形，空化水洞内部充有流动的水体；
所述试验件(3)内部的空腔内预置有粒子，试验件(3)的前端具有环形气隙，所述试验件(3)的表面涂覆荧光漆(4)，所述脉冲激光器(1)发出的片光源照射到试验件(3)表面的荧光漆(4)后反射出波长为L2的亮光；
所述试验件(3)设置在空化水洞(2)内部，试验件(3)的前端迎向水流方向，所述脉冲激光器(1)设置在空化水洞(2)的正上方，所述脉冲激光器(1)的出光口正对试验件(3)，所述试验件(3)在中心轴线位于所述脉冲激光器(1)发出的片光源所在的平面内；所述CCD相机(5)固定安装在空化水洞的一侧，CCD相机(5)的光轴与脉冲激光器(1)片光源所在的平面垂直；
所述脉冲激光器(1)的片光源波长L1为532纳米；所述试验件(3)表面的材料后反射的亮光波长L2为非532纳米；所述CCD相机(5)的前端装有滤光片，滤光片滤掉波长为L2的亮光。
2.如权利要求1所述的用于观测通气空化流场规律的装置，其特征在于，所述试验件(3)表面沿试验件(3)的轴向涂覆条形的荧光漆(4)，满足脉冲激光器(1)发出的片光源能照射到条形的荧光漆(4)上。
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