CN113049216A - 示踪方法和示踪系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种示踪方法和示踪系统，其中，该示踪方法包括：使用示踪气体发生设备处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体；示踪剂为PLIF示踪剂；将各示踪气体通过投放设备导入风洞；投放设备设置有两个以上的投放通道；各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞；成像设备激发各示踪气体，使各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像；控制设备获取荧光图像，并根据荧光图像确定湍流流场的转捩点。上述示踪方法，一方面，可以形成多条示踪线，扩大可视化范围，获取更多的流场信息；另一方面，可以分析得到湍流流场结构发展变化与特定位置层流流场的关系，实现不同位置转捩过程的流场结构的可视化，进而确定湍流流场的转捩点。

Description

示踪方法和示踪系统

技术领域

本申请涉及流场可视化领域，特别是涉及一种示踪方法和示踪系统。

背景技术

在航天航空工程中，风洞实验是用于验证相关空气动力学模型，评估特定模型气动布局合理性的重要手段。风洞气体流经模型后气流如果由层流转化为湍流，即发生转捩现象，那么模型所受到的飞行阻力和表面压力都会发生变化。根据实验数据分析得到流场结构变化，转捩位置等信息，对空气动力学的理论研究验证和航天航空工程的技术优化都有重要的意义。

传统的低速流场可视化技术，由于示踪粒子跟随性差，难以实现非定常流动的可视化。平面激光诱导荧光（PLIF）技术由于示踪粒子为气体分子，跟随性优异，可以用于实现风洞非定常流动的可视化。但是传统的示踪方法，PLIF示踪气体是通过飞行器模型投放到风洞流场，只能实现单一位置的转捩流场结构可视化，并不能全面获取不同不同位置转捩过程的流场结构的可视化。

因此，传统的示踪方法，具有信息量不足的问题。

发明内容

有必要针对上述技术问题，提供一种能够获取更多流场信息的示踪方法和示踪系统。

在一个实施例中，提供了一种示踪方法，在一个实施例中，该示踪方法包括：

使用示踪气体发生设备处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体；所述示踪剂为PLIF示踪剂；

将各示踪气体通过投放设备导入风洞；所述投放设备设置有两个以上的投放通道；所述各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞；

成像设备激发所述各示踪气体，使所述各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像；

控制设备获取所述荧光图像，并根据所述荧光图像确定湍流流场的转捩点。

在其中一个实施例中，所述控制设备获取所述荧光图像之后，还包括：

控制设备根据所述荧光图像，调整所述投放设备的参数。

在其中一个实施例中，所述示踪气体发生设备包括鼓泡罐，所述使用示踪发生设备处理示踪剂形成示踪气体，包括：

将鼓泡气体导入鼓泡罐中的液体示踪剂中，与所述鼓泡罐中的示踪剂蒸汽混合，形成由鼓泡气体与所述示踪剂蒸汽组成的示踪气体。

在其中一个实施例中，所述PLIF示踪剂为酮类示踪剂、芳香族类示踪剂或无机示踪剂。

在其中一个实施例中，所述投放设备为钢管，所述将各示踪气体通过投放设备导入风洞，包括：

将各示踪气体通过钢管的一端导入到所述钢管内的不同投放通道中；所述钢管的另一端封闭，且所述钢管的背风面对应设置有至少一个与对应投放通道相连的出气口；

所述各示踪气体分别经过对应出气口导入风洞。

本申请第二方面，提供了一种示踪系统，在一个实施例中，该示踪系统包括示踪气体发生设备、投放设备、成像设备和控制设备；

所述示踪气体发生设备用于处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体；所述示踪剂为PLIF示踪剂；

所述投放设备用于将各示踪气体导入风洞；所述投放设备设置有两个以上的投放通道；所述各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞；

所述成像设备用于激发所述各示踪气体，使所述各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像；

所述控制设备用于获取所述荧光图像，并根据所述荧光图像确定湍流流场的转捩点。

在其中一个实施例中，所述示踪气体发生设备包括依次连接的高压气瓶、气体质量流量计和鼓泡罐；所述气体质量流量计连接所述控制设备，所述鼓泡罐连接所述投放设备。

在其中一个实施例中，所述成像设备包括激发装置和探测装置。

在其中一个实施例中，所述激发装置包括激光光源和光束传递装置。

在其中一个实施例中，所述探测装置包括分束镜，以及两个以上的滤光片和探测器；所述滤光片和所述探测器对应设置，用于分别探测不同PLIF示踪剂的荧光图像。

上述示踪方法，使用不同的投放通道将两种以上的PLIF示踪剂导入风洞，一方面，可以形成多条示踪线，扩大可视化范围，获取更多的流场信息；另一方面，由于不同示踪剂所代表的各个位置层流流场在转捩过程中是相互影响的，同时获得不同位置层流转捩后的湍流流场结构图像，可以分析得到湍流流场结构发展变化与特定位置层流流场的关系，实现不同位置转捩过程的流场结构的可视化，进而确定湍流流场的转捩点。

附图说明

图1为一个实施例中示踪方法的流程示意图；

图2为一个实施例中示踪过程的示意图；

图3为一个实施例中使用示踪气体发生设备处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体的流程示意图；

图4为一个实施例中将各示踪气体通过投放设备导入风洞的流程示意图；

图5为一个实施例中示踪系统的构成框图；

图6为一个实施例中示踪气体发生设备的结构示意图；

图7为丙酮和甲苯的荧光吸收光谱；

图8为一个实施例中探测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

本申请第一方面，提供了一种示踪方法，可用于空气动力学层流影响区域范围研究，还可应用于建立湍流流场结构发展变化与特定位置层流流场的关系。在一个实施例中，请参考图1，该示踪方法包括步骤S100至步骤S700。

步骤S100：使用示踪气体发生设备处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体。

其中，示踪剂是指为观察、研究和测量某物质在指定过程中的行为或性质而加入的一种标记物。作为示踪剂，其性质或行为在该过程中与被示剂物应完全相同或差别极小；其加入量应当很小，对体系不产生显著的影响并且必须容易被探测。示踪气体是指包含示踪剂的气体。进一步的，本申请中使用的示踪剂为PLIF（Planner Laser InducedFluorescence，平面激光诱导荧光技术）示踪剂。PLIF示踪剂是一种在激光照射下能发出荧光的示踪剂。具体的，在激光的照射下，PLIF示踪剂中的示踪粒子被激发。示踪粒子中的电子从基态跃迁到激发态，再通过自发辐射从激发态回到基态并发出荧光。利用相机记录荧光的强度与位置分布，便可以分析出流场的参数信息。由于荧光寿命为纳秒量级，相机的像素也可以达到百万级，所以PLIF最大的特点就是其拥有较高的时间分辨率和空间分辨率。另外，相比于其他的检测方法，PLIF是一种非接触的测量手段，它可以满足测量需求的同时保证不干扰流场的原有状态。该PLIF示踪剂可以是丙酮、3-戊酮等酮类示踪剂，甲苯、萘等芳香族类示踪剂或NO、Kr等无机示踪剂。在一个实施例中，两种以上的示踪剂中，任意两个示踪剂的荧光光谱峰值区域之间的间距大于预设间距，以便区分不同示踪剂的荧光图像信息。

具体的，可以直接将示踪剂气体导入流场，也可以利用其他气体携带示踪剂蒸汽的方法，形成用于流场测量的示踪气体，对应的，示踪气体发生设备可以是加热装置，也可以是鼓泡装置。总之，本实施例对示踪气体的具体产生方式以及示踪气体发生设备的具体类型不作限定。

步骤S300：将各示踪气体通过投放设备导入风洞。

其中，投放设备是指将示踪气体导入风洞的设备，该投放设备的风面设置有与投放通道连接的出气口，以保证投放设备的出气方向与主流体的气流方向一致。从这些出气口导入的示踪气体，可以形成多条示踪线，更加全面的反映风洞的气流状态。风洞是指需要进行示踪实验的具体场景，该风洞并不是传统意义上的风洞，而是存在气体扰动的空间的统称。例如，当应用场景为矿井巷道时，“风洞”便是指矿井巷道；当应用场景为室内环境，用于进行新风量指标的检测时，“风洞”便是指从新风系统出口开始的气体流动通道。

具体的，示踪气体发生设备产生示踪气体后，将示踪气体导入投放设备，再通过投放设备将气体导入风洞。进一步的，投放设备设置有两个以上的投放通道，可以使各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞。可以理解，当投放设备投放通道的数量等于示踪剂的数量时，可以将投放通道和示踪剂一一对应，每个投放通道对应投放包含不同示踪剂的示踪气体；当投放设备投放通道的数量大于示踪剂的数量时，可以将多余的投放通道闲置，也可以设置多个投放通道投放同一种示踪气体。

步骤S500：成像设备激发各示踪气体，使各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像。

如前文所述，示踪气体中的PLIF示踪剂，吸收能量后，将辐射荧光信号，生成荧光图像。具体的，由于各示踪气体中的PLIF示踪剂并不相同，因此，最终生成的荧光图像是多种PLIF示踪剂荧光图像的叠加。

步骤S700：控制设备获取荧光图像，并根据荧光图像确定湍流流场的转捩点。

其中，转捩点是指流场中由层流变成湍流的点。具体的，模型下游的湍流流场结构是由上游各个不同位置的层流流场经过转捩耦合而成的，对湍流流场结构进行解耦，进而分析不同位置层流流场对湍流流场结构的影响，就能实现湍流场结构的分析测量，确定湍流流场的转捩点。将不同示踪剂投放到特定位置的风洞层流流场中，气流经过模型发生转捩，各个位置的层流气流变成湍流并在向下游流动的过程中相互混合。使用两种以上的PLIF示踪剂，利用PLIF技术可以同时获取湍流场中各种示踪剂荧光图像。根据每种示踪剂的荧光图像所展示的流场结构，可以确定上游层流区域的具体位置，基于此就能根据不同示踪剂的荧光图像，建立湍流流场结构发展变化与特定位置层流流场的关系，确定湍流流场的转捩点。

如图2所示，丙酮示踪线为实线，甲苯示踪线为虚线，流场中两条相邻的PLIF示踪线流经待测模型时，两根示踪线都依然保持层流流动，这说明这两根线所在区域没有受到待测模型的影响，即为上游层流区。两个线都发生转捩变成湍流时，说明所在区域都是受到待测模型影响区域即为下游湍流区。两根示踪线由上游分离状态转捩变为混合湍流状态，在下游区域混合在一起，图中O点即为转捩点。

上述示踪方法，使用不同的投放通道将两种以上的PLIF示踪剂导入风洞，一方面，可以形成多条示踪线，扩大可视化范围，获取更多的流场信息；另一方面，由于不同示踪剂所代表的各个位置层流流场在转捩过程中是相互影响的，同时获得不同位置层流转捩后的湍流流场结构图像，可以分析得到湍流流场结构发展变化与特定位置层流流场的关系，实现不同位置转捩过程的流场结构的可视化，进而确定湍流流场的转捩点。

在一个实施例中，控制设备获取荧光图像之后，还包括：控制设备根据荧光图像，调整投放设备的参数。

其中，投放设备的参数包括投放设备与待测模型的距离、不同示踪线的相对位置，以及投放速度等。具体的，投放设备的参数将影响荧光图像的质量，例如，投放设备与待测模型的距离太远会导致荧光图像的层流段过长，增大数据量，不利于提高效率，距离过小会又可能会得到全部为湍流状态的示踪线，无法确定转捩点；不同通道的出气口的距离太远会导致荧光图像边界范围测量误差过大，太近又可能导致二者变化趋势相同，难以确定转捩点；投放速度过快或过慢都可能会影响到风洞主流场，进而导致荧光图像紊乱。

进一步的，控制设备调整投放设备的参数的方式并不唯一，例如可以对不同参数逐个进行调整，也可以将有关联的不同参数组合起来同时调整；可以按照预设布距调整，也可以进行参数的连续调整，再根据连续调整过程中得到的最佳荧光图像确定投放设备的参数。总之，本实施例对控制设备根据荧光图像，调整投放设备的参数的具体方式并不限定。

上述实施例中，控制设备获取荧光图像后，根据荧光图像，调整投放设备的参数，有利于提升示踪效果。

在一个实施例中，示踪气体发生设备包括鼓泡罐，如图3所示，步骤S100包括步骤S120：将鼓泡气体导入鼓泡罐中的液体示踪剂中，与鼓泡罐中的示踪剂蒸汽混合，形成由鼓泡气体与示踪剂蒸汽组成的示踪气体。

可以理解，由于不同示踪气体中的示踪剂种类并不相同，因此需要分别使用不同的鼓泡灌进行示踪气体的制备。

具体的，大部分的PLIF示踪剂在室温环境下为液体，若将液态的PLIF示踪剂放置于鼓泡罐中，会有部分液态PLIF示踪剂蒸发形成PLIF示踪剂蒸汽。此时将鼓泡气体注入鼓泡罐中鼓泡可以加快液态PLIF示踪剂的蒸发速率，并使鼓泡气体与鼓泡罐中的PLIF示踪剂蒸汽有充分的时间和空间进行混合，形成示踪气体。再由投放设备将示踪气体导入风洞。当用于鼓泡的鼓泡气体流量一定，且示踪剂投放装置经过长时间的工作后，由于示踪气体导入风洞而导致的PLIF示踪剂蒸汽的减少速率和液体PLIF示踪剂的蒸发速率达到动态平衡，也即投放到风洞主流场的示踪气体中，鼓泡气体与PLIF示踪剂蒸汽的浓度比例是一定的。进一步的，鼓泡气体应当与风洞流场中的气体一致，或尽量保持一致，以减小示踪气体中其他气体组分对风洞主流场的干扰。例如，当风洞主流场的气体是空气时，使用空气作为鼓泡气体。

进一步的，在一个实施例中，请继续参考图3，步骤S120之前还包括步骤S110：控制导入鼓泡气体的流量。鼓泡气体的流量，反映了单位时间内鼓泡气体导入液体PLIF示踪剂的流量，进而决定了示踪气体导入投放设备的速度。若投放设备中不设置限速装置，则鼓泡气体的流量，直接决定了示踪气体导入风洞的速度。因此，在将鼓泡气体注入液体PLIF示踪剂之前，控制鼓泡气体的流量，有利于有效控制示踪气体的投放速度。鼓泡气体的流量控制设备，可以为流量计，也可以为气压阀，总之，本实施例对鼓泡气体的流量控制设备的具体类型并不作限定。

上述实施例中，使用与风洞主流场中相同的气体作为鼓泡气体，使用鼓泡法形成由鼓泡气体与示踪剂蒸汽组成的示踪气体，有利于减小示踪气体对风洞主流场的干扰。

在一个实施例中，投放设备为钢管，如图4所示，步骤S300包括步骤S310和步骤S320。

步骤S310：将各示踪气体通过钢管的一端导入到钢管内的不同投放通道中；钢管的另一端封闭，且钢管的背风面对应设置有至少一个与对应投放通道相连的出气口。

步骤S320：各示踪气体分别经过对应出气口导入风洞。

具体的，钢管设置于风洞的出风口，并垂直于风洞的气流方向。钢管的一端连接示踪气体发生设备，另一端封闭。钢管的背风面上设置有至少一个与对应投放通道相连的出气口，示踪气体从示踪气体发送设备导入钢管后，从出气口进入风洞。这些出气口的中心连线垂直于风洞气流方向，示踪气体从出气口进入风洞后，随风洞中的主流体沿风洞气流方向运动，可以形成多条示踪线。

进一步的，可以在钢管上设置钢管固定件，便于将钢管固定于风洞外框。钢管固定到风洞边框上的钢管固定件可以上下移动的，进而改变出气口在风洞中的相对位置，调整不同示踪线的覆盖区域。可以理解，出气口的相对位置由待测模型的位置决定。

在一个实施例中，钢管的内径为4mm，外径为6mm，背风面的出气口间距可以调节，根据空气动力学原理将气孔面积与形状设计为更易产生层流的组合，如将钢管的横截面设计为翼型，减小钢管对风洞主流场的影响。

如图2所示，钢管中包括两个相对独立的投放通道，每个投放通道对应设置一个出气口。选用的两种示踪剂为甲苯和丙酮，两种示踪剂分别从不同进气口进入铜管中的对应投放通道，并从与投放通道相连的对应出气口进入风洞，形成甲苯示踪线和丙酮示踪线。

此外，钢管上不同通道的出气口的距离太远会导致荧光图像边界范围测量误差过大，太近又可能导致二者变化趋势相同，难以确定转捩点。因此，需要根据获取的荧光图像，调节不同投放通道的出气口距离，提升示踪效果。调节不同投放通道的出气口距离的方式并不唯一，例如，可以结合风洞以及待测模型实际情况，定制几个出气口距离不同的钢管，并根据需要进行示踪实验，再根据示踪实验中获取的荧光图像，选取合适规格的钢管；也可以将钢管设计成至少包含一个可调投放通道的机械结构，并根据示踪实验中获取的荧光图像，对应调整可调投放通道的出气口位置。

应该理解的是，虽然上述实施例中涉及的各流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述实施例中涉及的各流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本申请第二方面，提供了一种示踪系统，如图5所示，示踪系统包括示踪气体发生设备100、投放设备200、成像设备300和控制设备400。示踪气体发生设备100用于处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体；该示踪剂为PLIF示踪剂。投放设备200用于将各示踪气体导入风洞；投放设备200设置有两个以上的投放通道，各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞。成像设备300用于激发各示踪气体，使各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像。控制设备400用于获取荧光图像，并根据荧光图像确定湍流流场的转捩点。

其中，示踪气体发生设备100的数量并不唯一，由使用示踪剂的种类确定。示踪气体发生设备100可以是加热装置，也可以是鼓泡装置。投放设备200可以是包含中空的壳体及壳体内投放通道的机械设备，该壳体的材料，可以是钢、陶瓷或塑料等，该壳体的形状，可以是圆柱体、立方体或圆环状等。成像设备300可以是同时具备激发和探测功能的集成设备，也可以是由激发装置和探测装置组成的分立设备。控制设备400可以是各类控制器或控制芯片。该控制芯片，可以是单片机芯片或可编程逻辑阵列芯片等。

具体的，示踪气体发生设备100处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体后，由投放设备200通过不同的投放通道将各示踪气体导入风洞，再由成像设备300激发各示踪气体，使各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像，最后再由控制设备400获取荧光图像，并根据荧光图像确定湍流流场的转捩点。

进一步的，示踪气体发生设备100与投放设备200机械连接，示踪气体发生设备100产生的示踪气体可以通过投放设备200导入风洞。控制设备400与示踪气体发生设备100、投放设备200和成像设备300电连接，控制设备400可以根据获取的荧光图像，调整示踪气体发生设备100、投放设备200和成像设备300的工作参数。

上述示踪系统，使用不同的投放通道将两种以上的PLIF示踪剂导入风洞，一方面，可以形成多条示踪线，扩大可视化范围，获取更多的流场信息；另一方面，由于不同示踪剂所代表的各个位置层流流场在转捩过程中是相互影响的，同时获得不同位置层流转捩后的湍流流场结构图像，可以分析得到湍流流场结构发展变化与特定位置层流流场的关系，实现不同位置转捩过程的流场结构的可视化，进而确定湍流流场的转捩点。

在一个实施例中，如图6所示，示踪气体发生设备100包括依次连接的高压气瓶110、气体质量流量计120和鼓泡罐130；气体质量流量计120连接控制设备400，鼓泡罐130连接投放设备200。

其中，上述各个设备使用导气管连接，且接头处设置有密封圈和阀门，可以防止漏气。具体的，高压气瓶110中的鼓泡气体通过气体质量流量计120之后到达鼓泡灌130。鼓泡气体直接通入鼓泡罐130中的示踪剂液体中，可以加速示踪剂液体的蒸发速率。鼓泡气体与鼓泡灌130中的示踪剂蒸汽混合，形成鼓泡气体与示踪剂蒸汽构成的示踪气体，并通过导气管导入投放设备200中，再通过投放设备200将示踪气体导入风洞。气体质量流量计120用于控制高压气瓶110中鼓泡气体的流量，以达到控制示踪气体投放速度的目的。

进一步的，在一个实施例中，鼓泡罐130放置于恒温环境中。该恒温环境，可以通过恒温水浴锅140实现；也可以在鼓泡罐130的侧壁设置温控装置，该温控装置连接控制设备400，由控制设备400根据温控装置采集的温度进行反馈控制实现。总之，本实施例对恒温环境的具体实现方式不作限定。将鼓泡罐130置于恒温环境中，可以保持鼓泡灌130中温度不变，进而使鼓泡灌130中的液体示踪剂的蒸发速度维持恒定，有利于在短时间内使示踪气体中示踪剂蒸汽的比例维持稳定，提升示踪效果的稳定性。

在一个实施例中，成像设备300包括激发装置和探测装置。其中，激发装置用于激发各示踪气体，使各示踪气体辐射荧光信号，探测装置用于探测各示踪气体辐射的荧光信号，得到荧光图像。

在一个实施例中，激发装置包括激光光源和光束传递装置。其中，激光光源可以是可调谐激光器，光束传递装置包括柱透镜、准直镜和聚光透镜等。根据不同示踪剂所需的激发波长，可以对应设置至少两组激光光源和光束传递装置。具体的，可调谐激光器发出的激光通过光束传递装置扩展准直为符合要求的平面片状光束，照射示踪气体中的PLIF示踪粒子，使示踪粒子中相应的电子受到激发从基态跃迁到激发态。激发态的电子再通过自发辐射从激发态回到基态并发出荧光，形成荧光图像。

在一个实施例中，探测装置包括分束镜，以及两个以上的滤光片和探测器；滤光片和探测器对应设置，用于分别探测不同PLIF示踪剂的荧光图像。

其中，分束镜和滤波片的种类取决于示踪剂的吸收峰所对应的波长。分束镜的选择原则是确保不同示踪气体对应的荧光信号可以分离，滤光片的选择原则是确保探测器捕获一种示踪剂荧光信号的同时屏蔽其余示踪剂荧光信号和激光散射光。由于分束镜具有以特定波长为界限，同时实现部分波长下的激光高透和其余波长下的激光高反的特性，因此使用一个分束镜可以分离两种示踪气体的荧光信号。那么，根据示踪气体的种类，可以对应确定分束镜的数量，进行不同示踪气体荧光信号的分离。

如图7所示，当选定丙酮和甲苯为示踪剂时，甲苯的吸收峰对应波长约为265nm，丙酮的吸收峰对应波长约为535nm，此时，则可选用一个具有400nm以下波段高反、400nm以上波段高透特征的分束镜，并选择SemrockBP280滤光片获取甲苯的荧光信号，选择SemrockLP430和Andover FL450两个滤光片的组合来获取获取丙酮的荧光信号，可以确保捕获丙酮荧光光谱峰值信号的同时滤除甲苯荧光信号和其他激光散射光。

具体的，首先对同一个区域进行拍摄，同时获取多种不同示踪剂的荧光信号。根据这示踪剂的荧光光谱特性可以选择相应的滤光片的进行信号筛选：采用分束镜将不同示踪气体的荧光信号分离，并选取合适的滤波片对不同示踪气体的荧光信号进行提取，根据不同示踪气体的荧光图像确定湍流流场的转捩点。

为便于理解，下面结合图7和图8，对使用丙酮和甲苯两种PLIF示踪剂的图像探测过程进行说明。

如图7所示，丙酮和甲苯这两种PLIF示踪剂由于荧光光谱峰值区域相距较远。首先对同一个区域的观测面进行拍摄，分别获取丙酮和甲苯的荧光信号。丙酮和甲苯发出的混合荧光信号经过分束镜321，该分束镜321具有是400nm以下波段高反、400nm以上波段高透的特征。第一滤光片322-1和第一探测器323-1位于分束镜321的透射光路上；第二滤光片322-2和第二探测器323-2位于分束镜321的反射光路上。根据上述荧光光谱的差异，第一滤光片322-1选用SemrockLP430和Andover FL450两个滤光片的组合，可以确保捕获丙酮荧光光谱峰值信号的同时滤除甲苯荧光信号和其他激光散射光。第二滤光片322-2选用SemrockBP280滤光片，可以保留大部分甲苯的荧光信号的同时屏蔽丙酮的荧光信号和各种激光散射光。此外由于甲苯荧光光谱区域主要在紫外区间，所以用于拍摄甲苯荧光信号的第二探测器323-2的镜头选用紫外镜头。

这样，丙酮的主要荧光信号会穿过分束镜321到达第一探测器323-1；甲苯的荧光信号绝大部分则会被反射进入第二探测器323-2。用这样的办法拍摄丙酮和甲苯的荧光图像，就完成了丙酮和甲苯的荧光信号的图像可视化，得到荧光图像。控制设备400可以根据荧光图像确定变为湍流的荧光信号来自何种气体的示踪线，进而确定湍流流场的转捩点。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上该实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种示踪方法，其特征在于，包括：

使用示踪气体发生设备处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体；所述示踪剂为PLIF示踪剂；

将各示踪气体通过投放设备导入风洞；所述投放设备设置有两个以上的投放通道；所述各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞；

成像设备激发所述各示踪气体，使所述各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像；

控制设备获取所述荧光图像，并根据所述荧光图像确定湍流流场的转捩点。

2.根据权利要求1所述的示踪方法，其特征在于，所述控制设备获取所述荧光图像之后，还包括：

控制设备根据所述荧光图像，调整所述投放设备的参数。

3.根据权利要求1所述的示踪方法，其特征在于，所述示踪气体发生设备包括鼓泡罐，所述使用示踪发生设备处理示踪剂形成示踪气体，包括：

将鼓泡气体导入鼓泡罐中的液体示踪剂中，与所述鼓泡罐中的示踪剂蒸汽混合，形成由鼓泡气体与所述示踪剂蒸汽组成的示踪气体。

4.根据权利要求1所述的示踪方法，其特征在于，所述PLIF示踪剂为酮类示踪剂、芳香族类示踪剂或无机示踪剂。

5.根据权利要求1所述的示踪方法，其特征在于，所述投放设备为钢管，所述将各示踪气体通过投放设备导入风洞，包括：

将各示踪气体通过钢管的一端导入到所述钢管内的不同投放通道中；所述钢管的另一端封闭，且所述钢管的背风面对应设置有至少一个与对应投放通道相连的出气口；

所述各示踪气体分别经过对应出气口导入风洞。

6.一种示踪系统，其特征在于，包括示踪气体发生设备、投放设备、成像设备和控制设备；

所述示踪气体发生设备用于处理两种以上的示踪剂，分别形成不同的示踪气体；所述示踪剂为PLIF示踪剂；

所述投放设备用于将各示踪气体导入风洞；所述投放设备设置有两个以上的投放通道；所述各示踪气体分别通过不同的投放通道导入风洞；

所述成像设备用于激发所述各示踪气体，使所述各示踪气体辐射荧光信号，生成荧光图像；

所述控制设备用于获取所述荧光图像，并根据所述荧光图像确定湍流流场的转捩点。

7.根据权利要求6所述的示踪系统，其特征在于，所述示踪气体发生设备包括依次连接的高压气瓶、气体质量流量计和鼓泡罐；所述气体质量流量计连接所述控制设备，所述鼓泡罐连接所述投放设备。

8.根据权利要求6所述的示踪系统，其特征在于，所述成像设备包括激发装置和探测装置。

9.根据权利要求8所述的示踪系统，其特征在于，所述激发装置包括激光光源和光束传递装置。

10.根据权利要求8所述的示踪系统，其特征在于，所述探测装置包括分束镜，以及两个以上的滤光片和探测器；所述滤光片和所述探测器对应设置，用于分别探测不同PLIF示踪剂的荧光图像。

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