CN113049230B - 一种喷嘴射流场测试方法及电子设备 - Google Patents

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    • G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave

Abstract

本发明公开一种喷嘴射流场测试方法及电子设备，方法包括：获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态。本发明利用声光效应对喷嘴直接进行测量，减少外界影响，且对射流形态进行定量化测量。

Description

一种喷嘴射流场测试方法及电子设备
技术领域
本发明涉及射流场相关技术领域，特别是一种喷嘴射流场测试方法及电子设备。
背景技术
精巧、式样繁多的喷嘴广泛应用于工、农业生产，交通运输以及生活的方方面面。喷嘴性能的优劣将直接影响设备性能、稳定性和能效等。国内外学者对其做了大量研究工作，绝大部分是通过工作效果的好坏来评估其设计的优劣，很少有直接研究其本身射流本征特征的定量研究。随着设备精密化的需求，微小型喷嘴的需求也日益增加，因此对于微小型喷嘴本征特征的研究也就更加迫切。对于一般喷嘴，可以通过PIV粒子追踪等测试方法获得喷嘴射流形态。
然而，PIV粒子追踪等测试方法获得喷嘴射流形态，对于微小型喷嘴，射流间隙在几十到几百微米量级，由于受粒子尺寸限制，现有的粒子追踪测试方式存在堵塞的风险。
发明内容
基于此，有必要针对现有对喷嘴射流场的测试方法存在堵塞风险的技术问题，提供一种喷嘴射流场测试方法及电子设备。
本发明提供一种喷嘴射流场测试方法，包括：
获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；
基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；
基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态。
进一步地，所述获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，具体包括：
对于每个采样点，在该采样点位置：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000021
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000022
计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000023
其中a为音速。
更进一步地：
所述在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000024
具体包括：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的无射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的无射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的无射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000031
包括无射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000032
无射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000033
以及无射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000034
所述在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000035
具体包括：
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的有射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的有射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的有射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000036
包括有射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000037
有射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000038
以及有射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000039
所述计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA00023394688000000310
具体包括：
计算流场速度矢量第一方向分量
Figure BDA00023394688000000311
计算流场速度矢量第二方向分量
Figure BDA00023394688000000312
计算流场速度矢量第三方向分量
Figure BDA00023394688000000313
所述流场速度矢量
Figure BDA00023394688000000314
包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。
进一步地，所述基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
确定该截面在该方向的采样点的最大流场速度分量Vmax和最小流场速度分量Vmin，构建该截面在该方向上的速度区间[Vmax，Vmin]；
将该截面在该方向上的速度区间均分成n个速度分布区间，所述n为大于1的自然数。
进一步地，所述基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
统计该截面在该方向上每个速度分布区间所包括的采样点数量；
计算在该方向上每个速度分布区间的采样点数量占该截面在该方向上的总的采样点数量的百分比；
基于每个速度分布区间的采样点数量占总的采样点数量的百分比，计算该截面在该方向上的信息熵值，作为该截面在该方向上的速度分布密度状态。
本发明提供一种喷嘴射流场测试电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；
基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；
基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态。
进一步地，所述获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，具体包括：
对于每个采样点，在该采样点位置：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000051
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000052
计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000053
其中a为音速。
更进一步地：
所述在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000054
具体包括：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的无射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的无射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的无射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000055
包括无射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000056
无射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000057
以及无射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000058
所述在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000061
具体包括：
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的有射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的有射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的有射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000062
包括有射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000063
有射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000064
以及有射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000065
所述计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000066
具体包括：
计算流场速度矢量第一方向分量
Figure BDA0002339468800000067
计算流场速度矢量第二方向分量
Figure BDA0002339468800000068
计算流场速度矢量第三方向分量
Figure BDA0002339468800000069
所述流场速度矢量
Figure BDA00023394688000000610
包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。
进一步地，所述基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
确定该截面在该方向的采样点的最大流场速度分量Vmax和最小流场速度分量Vmin，构建该截面在该方向上的速度区间[Vmax，Vmin]；
将该截面在该方向上的速度区间均分成n个速度分布区间，所述n为大于1的自然数。
进一步地，所述基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
统计该截面在该方向上每个速度分布区间所包括的采样点数量；
计算在该方向上每个速度分布区间的采样点数量占该截面在该方向上的总的采样点数量的百分比；
基于每个速度分布区间的采样点数量占总的采样点数量的百分比，计算该截面在该方向上的信息熵值，作为该截面在该方向上的速度分布密度状态。
本发明利用声光效应对喷嘴直接进行测量，减少外界影响，且对射流形态进行定量化测量。
附图说明
图1为本发明一种喷嘴射流场测试方法的工作流程图；
图2为本发明第二实施例一种喷嘴射流场测试方法的工作流程图；
图3为本发明最佳实施例一方向的测量原理图；
图4为本发明最佳实施例另一方向的测量原理图；
图5为本发明第三实施例一种喷嘴射流场测试电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示为本发明一种喷嘴射流场测试方法的工作流程图，包括：
步骤S101，获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；
步骤S102，基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；
步骤S103，基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态。
具体来说，本发明通过声光效应测量喷嘴所产生的射流场中每个采样点的流场速度矢量，因此不需要对喷嘴进行直接测量。然后，步骤S102基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在流场速度矢量的每个方向划分为多个速度分布区间。其中，截面是指与射流场喷射方向垂直的横截面。将整个射流场分为多个截面，并为每个截面在每个方向划分多个速度分布区间。然后，步骤S103，则基于速度分布区间确定该截面的信息熵值，以信息熵值作为该截面的速度分布密度状态，从而得出该截面在每个方向上的速度分布密度状态。具体来说，流场速度矢量本身就包含了各个方向的分量。因此，如果按照各分量来计算信息熵，每一个截面会有多个熵值，分别对应各个方向。由于同一截面上不同点的能量与该点速度值有着密切的关系，因此通过确定截面速度分布密度状态，可以预测后续发展形态，对改善和合理选择喷嘴射流工作高度和区域提供定量化的参考指标。
具体来说，流场速度矢量包括三个维度的方向，即三维笛卡尔坐标系中的x轴方向、y轴方向和z轴方向。
本发明利用声光效应对喷嘴直接进行测量，减少外界影响，且对射流形态进行定量化测量。
实施例二
如图2所示为本发明第二实施例一种喷嘴射流场测试方法的工作流程图，包括：
步骤S201，对于每个采样点，在该采样点位置：
对于每个采样点，在该采样点位置：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000096
在其中一个实施例中，所述在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000097
具体包括：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的无射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的无射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的无射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000091
包括无射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000092
无射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000093
以及无射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000094
步骤S202，在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000095
在其中一个实施例中，
所述在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000101
具体包括：
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的有射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的有射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的有射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000102
包括有射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000103
有射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000104
以及有射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000105
步骤S203，计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000106
其中a为音速。
在其中一个实施例中，所述计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000107
具体包括：
计算流场速度矢量第一方向分量
Figure BDA0002339468800000108
计算流场速度矢量第二方向分量
Figure BDA0002339468800000109
计算流场速度矢量第三方向分量
Figure BDA00023394688000001010
所述流场速度矢量
Figure BDA00023394688000001011
包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。
步骤S204，对于每个截面的每个方向：
确定该截面在该方向的采样点的最大流场速度分量Vmax和最小流场速度分量Vmin，构建该截面在该方向的速度区间[Vmax，Vmin]。
步骤S205，将该截面在该方向的速度区间均分成n个速度分布区间，所述n为大于1的自然数。
步骤S206，对于每个截面的每个方向：
统计该截面在该方向上每个速度分布区间所包括的采样点数量。
步骤S207，计算在该方向上每个速度分布区间的采样点数量占该截面在该方向上的总的采样点数量的百分比。
步骤S208，基于每个速度分布区间的采样点数量占总的采样点数量的百分比，计算该截面在该方向上的信息熵值，作为该截面在该方向上的速度分布密度状态。
具体来说，如图3和图4所示为本发明最佳实施例的测量原理图，包括：喷嘴1、超声波发生器2、阵列激光器3、光电接收器4、以及分光镜5。其中，阵列激光器3产生的光束经过分光镜5后，在位置C被超声波发生器2产生的超声波作用，产生偏转，即发生声光偏转效应，从而在光电接收器4上就会测出两束光先后偏转的时间差t0。若空间存在流场，则超声波的速度会受到流场的影响而发生变化，从而测出两束光先后偏转的时间差为t′。上述设备，例如超声波发生器2、阵列激光器3、光电接收器4、以及分光镜5等，均可以采用现有设备实现。
截面上速度点的确定取决于客观的实际需求，也即是需要采样的点数，但是最小采样间隔取决于精密自由移动平台的最小移动单位。这样整个平面扫描测出相应采样点的速度。
对于每个采样点，步骤S201，先采用图3所示的系统测量超声波在静止空气中，即喷嘴1不产生射流场的情况下，通过预设距离S以x轴方向传播的两光束受到以y轴方向传播的超声波作用后发生偏转时的相位差矢量，将该相位差矢量分解为x方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的z轴方向上的无射流相位差第三方向第一分量。然后，采用图4所示的系统测量超声波在静止空气中，即喷嘴1不产生射流场的情况下，通过预设距离S以y轴方向传播的两光束受到以x轴方向传播的超声波作用后发生偏转时的相位差矢量，将该相位差矢量分解为y方向上的无射流相位差第二方向分量、以及平行喷嘴轴线的z轴方向上的无射流相位差第三方向第二分量。将无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，例如取无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量的加权平均值，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量。
在喷嘴1喷出射流场，执行步骤S202，先采用图3所示的系统测量超声波在静止空气中，即喷嘴1产生射流场的情况下，通过预设距离S以x轴方向传播的两光束受到以y轴方向传播的超声波作用后发生偏转时的相位差矢量，将该相位差矢量分解为x方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的z轴方向上的有射流相位差第三方向第一分量。然后，采用图4所示的系统测量超声波在静止空气中，即喷嘴1产生射流场的情况下，通过预设距离S以y轴方向传播的两光束受到以x轴方向传播的超声波作用后发生偏转时的相位差矢量，将该相位差矢量分解为y方向上的有射流相位差第二方向分量、以及平行喷嘴轴线的z轴方向上的有射流相位差第三方向第二分量。将有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，例如取有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量的加权平均值，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量。
其中，可以控制一光束穿过采样点，另一光束在距离采样点预设S的位置穿过。也可以控制一光束以距离采样点k％×S的位置穿过，另一光束以距离采样点(1-k％)×S的位置穿过，使得采样点在两光束中间，k可以根据需要设置。由于S通常只有1～2mm，所以可以认为是一点的数值。
以其中一个方向为例，例如x轴方向为例。
由于，当超声波在静止空气中通过距离S时，相位差为
Figure BDA0002339468800000121
式中a为音速。
超声波在速度为V的流场中时，其频率保持不变，速度变成a+V，相位差为
Figure BDA0002339468800000122
式中
Figure BDA0002339468800000131
s、a均为已知，从而可以求出该点的流场速度矢量V。s通常只有1～2mm，因此，虽然求出来的是这段距离S的平均速度，因为S足够小，所以可以视为一点的速度，即点速度测量。
从(1)(2)式可以推算出
Figure BDA0002339468800000132
将该计算方式扩展到其他方向，则能够得到流场速度在三个方向上的分量。因此，步骤S203计算每个采样点的：
流场速度矢量第一方向分量
Figure BDA0002339468800000133
流场速度矢量第二方向分量
Figure BDA0002339468800000134
流场速度矢量第三方向分量
Figure BDA0002339468800000135
所述流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000136
包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。。
具体地，因为波的相位时间关系为
Figure BDA0002339468800000137
因此可以通过测量两束光的时间差Δt，反应到波形上即得到相位差
Figure BDA0002339468800000138
其中ω为超声波的角速度，
Figure BDA0002339468800000139
为初始相位，
Figure BDA00023394688000001310
步骤S204对于每个截面的每个方向，包括x轴方向、y轴方向和z轴方向，找出每个截面流场速度矢量在该方向的最大值和最小值，构成一个速度区间[Vmax,Vmin]，其中：
Vmax＝max(Vk0,Vk1,Vk2,…Vki)i＝0,1,2…n；
Vmin＝min(Vk0,Vk1,Vk2,…Vkj)j＝0,1,2…n。
其中，Vki为第k个截面的第i个流场速度矢量值，Vkj为第k个截面的第j个流场速度矢量值。
步骤S205将速度区间均分成n个速度分布区间，例如选择[Vk0,Vk2]为一个速度分布区间，选择[VVV,Vk5]为另一个速度分布区间。步骤S206，统计落在各个速度区间段内的流场速度矢量值所对应的采样点的数量作为该速度分布区间。步骤S207计算各个速度区间的采样点数量占该截面的总采样点数量的百分比，将其定义为不同速度分布区间的速度密度，即利用信息熵的定义：
Figure BDA00023394688000001311
计算每个截面的速度信息熵，进行喷嘴性能的评估。其中，pi为第i个速度分布区间的速度密度，m为该截面所包括的速度分布区间的数量。
本实施例通过声光效应的相位差值对流场进行测量，并通过截面的信息熵，对射流截面的速度分布区间进行评估，确定截面速度分布密度状态，预测后续发展形态，对改善和合理选择喷嘴射流工作高度和区域提供定量化的参考指标。
实施例三
如图5所示为本发明第三实施例一种喷嘴射流场测试电子设备的硬件结构示意图，包括：
至少一个处理器501；以及，
与所述至少一个处理器501通信连接的存储器502；其中，
所述存储器502存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；
基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；
基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态。
图5中以一个处理器501为例。
电子设备还可以包括：输入装置503和显示装置504。
处理器501、存储器502、输入装置503及显示装置504可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。
存储器502作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的喷嘴射流场测试方法对应的程序指令/模块，例如，图1所示的方法流程。处理器501通过运行存储在存储器502中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的喷嘴射流场测试方法。
存储器502可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据喷嘴射流场测试方法的使用所创建的数据等。此外，存储器502可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器502可选包括相对于处理器501远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行喷嘴射流场测试方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置503可接收输入的用户点击，以及产生与喷嘴射流场测试方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。显示装置504可包括显示屏等显示设备。
在所述一个或者多个模块存储在所述存储器502中，当被所述一个或者多个处理器501运行时，执行上述任意方法实施例中的喷嘴射流场测试方法。
本发明利用声光效应对喷嘴直接进行测量，减少外界影响，且对射流形态进行定量化测量。
实施例四
本发明第四实施例一种喷嘴射流场测试电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
对于每个采样点，在该采样点位置：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000151
在其中一个实施例中，所述在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000161
具体包括：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的无射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的无射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的无射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，每个采样点的无射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000162
包括无射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000163
无射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000164
以及无射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000165
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000166
在其中一个实施例中，
所述在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000167
具体包括：
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷着轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的有射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的有射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的有射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，每个采样点的有射流相位差矢量
Figure BDA0002339468800000171
包括有射流相位差第一方向分量
Figure BDA0002339468800000172
有射流相位差第二方向分量
Figure BDA0002339468800000173
以及有射流相位差第三方向分量合并
Figure BDA0002339468800000174
计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000175
其中a为音速。
在其中一个实施例中，所述计算每个采样点的流场速度矢量
Figure BDA0002339468800000176
具体包括：
计算流场速度矢量第一方向分量
Figure BDA0002339468800000177
计算流场速度矢量第二方向分量
Figure BDA0002339468800000178
计算流场速度矢量第三方向分量
Figure BDA0002339468800000179
所述流场速度矢量
Figure BDA00023394688000001710
包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。
对于每个截面的每个方向：
确定该截面在该方向的采样点的最大流场速度分量Vmax和最小流场速度分量Vmin，构建该截面在该方向的速度区间[Vmax，Vmin]；
将该截面在该方向的速度区间均分成n个速度分布区间，所述n为大于1的自然数；
对于每个截面的每个方向：
统计该截面在该方向上每个速度分布区间所包括的采样点数量；
计算在该方向上每个速度分布区间的采样点数量占该截面在该方向上的总的采样点数量的百分比；
基于每个速度分布区间的采样点数量占总的采样点数量的百分比，计算该截面在该方向上的信息熵值，作为该截面在该方向上的速度分布密度状态。
本实施例通过声光效应的相位差值对流场进行测量，并通过截面的信息熵，对射流截面的速度分布区间进行评估，确定截面速度分布密度状态，预测后续发展形态，对改善和合理选择喷嘴射流工作高度和区域提供定量化的参考指标。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种喷嘴射流场测试方法，其特征在于，包括：
获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；
基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；
基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态；
所述获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，具体包括：
对于每个采样点，在该采样点位置：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
计算每个采样点的流场速度矢量其中a为音速；
所述在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量具体包括：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷嘴轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的无射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的无射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的无射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，每个采样点的无射流相位差矢量包括无射流相位差第一方向分量无射流相位差第二方向分量以及无射流相位差第三方向分量合并
所述在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量具体包括：
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷嘴轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的有射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的有射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的有射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，每个采样点的有射流相位差矢量包括有射流相位差第一方向分量有射流相位差第二方向分量以及有射流相位差第三方向分量合并
所述计算每个采样点的流场速度矢量具体包括：
计算流场速度矢量第一方向分量
计算流场速度矢量第二方向分量
计算流场速度矢量第三方向分量
所述流场速度矢量包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。
2.根据权利要求1所述的喷嘴射流场测试方法，其特征在于，所述基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
确定该截面在该方向的采样点的最大流场速度分量Vmax和最小流场速度分量Vmin，构建该截面在该方向上的速度区间[Vmax，Vmin]；
将该截面在该方向上的速度区间均分成n个速度分布区间，所述n为大于1的自然数。
3.根据权利要求1所述的喷嘴射流场测试方法，其特征在于，所述基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
统计该截面在该方向上每个速度分布区间所包括的采样点数量；
计算在该方向上每个速度分布区间的采样点数量占该截面在该方向上的总的采样点数量的百分比；
基于每个速度分布区间的采样点数量占总的采样点数量的百分比，计算该截面在该方向上的信息熵值，作为该截面在该方向上的速度分布密度状态。
4.一种喷嘴射流场测试电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，所述流场速度矢量包括多个方向上的流场速度分量；
基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间；
基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态；
所述获取对喷嘴射流场的多个采样点进行声光效应测量后得到的每个采样点的流场速度矢量，具体包括：
对于每个采样点，在该采样点位置：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量
计算每个采样点的流场速度矢量其中a为音速；
所述在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的无射流相位差矢量具体包括：
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷嘴轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的无射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的无射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴不产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的无射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的无射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的无射流相位差第三方向第一分量与无射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的无射流相位差第三方向分量，每个采样点的无射流相位差矢量包括无射流相位差第一方向分量无射流相位差第二方向分量以及无射流相位差第三方向分量合并
所述在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离的光束在该采样点受到垂直于两光束传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差，作为每个采样点的有射流相位差矢量具体包括：
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第一方向传播的光束在该采样点受到以第二方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，其中，第一方向垂直于喷嘴轴线、第二方向分别垂直于喷嘴轴线和第一方向，将所述相位差矢量分解为第一方向上的有射流相位差第一方向分量、以及平行喷嘴轴线的第三方向上的有射流相位差第三方向第一分量；
在喷嘴产生射流场下，获取两具有预设距离且以第二方向传播的光束在该采样点受到以第一方向传播的超声波的作用后发生偏转的两偏转光束的相位差矢量，将所述相位差矢量分解为第二方向上的有射流相位差第一方向分量、以及第三方向上的有射流相位差第三方向第二分量；
将每个采样点的有射流相位差第三方向第一分量与有射流相位差第三方向第二分量合并，得到每个采样点的有射流相位差第三方向分量，每个采样点的有射流相位差矢量包括有射流相位差第一方向分量有射流相位差第二方向分量以及有射流相位差第三方向分量合并
所述计算每个采样点的流场速度矢量具体包括：
计算流场速度矢量第一方向分量
计算流场速度矢量第二方向分量
计算流场速度矢量第三方向分量
所述流场速度矢量包括所述流场速度矢量第一方向分量V1、流场速度矢量第二方向分量V2、以及流场速度矢量第三方向分量V3。
5.根据权利要求4所述的喷嘴射流场测试电子设备，其特征在于，所述基于采样点的流场速度矢量，将喷嘴射流场的每个截面在每个方向划分为多个速度分布区间，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
确定该截面在该方向的采样点的最大流场速度分量Vmax和最小流场速度分量Vmin，构建该截面在该方向上的速度区间[Vmax，Vmin]；
将该截面在该方向上的速度区间均分成n个速度分布区间，所述n为大于1的自然数。
6.根据权利要求4所述的喷嘴射流场测试电子设备，其特征在于，所述基于每个截面中的速度分布区间确定该截面的信息熵值，作为该截面的速度分布密度状态，具体包括：
对于每个截面的每个方向：
统计该截面在该方向上每个速度分布区间所包括的采样点数量；
计算在该方向上每个速度分布区间的采样点数量占该截面在该方向上的总的采样点数量的百分比；
基于每个速度分布区间的采样点数量占总的采样点数量的百分比，计算该截面在该方向上的信息熵值，作为该截面在该方向上的速度分布密度状态。
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Citations (4)

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