CN114459728A - 一种低温温敏漆转捩测量试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温温敏漆转捩测量试验方法，属于航空航天空气动力学风洞试验及图像数据处理技术领域，包括：准备模型；准备光学测量设备；准备洞体；启动风洞进行试验；完成背景图像、基准图像、有风图像序列采集；采集完成后，根据需要重复采集试验图像或使风洞进入待命状态；根据不同总温点的基准图像，计算得到校准曲线；将有风图像和基准图像扣除背景图像，将有风图像配准到基准图像，将有风图像和基准图像求比，得到比值图像，最后根据校准文件计算得到温度分布图像；判别转捩区域。本发明为低温温敏漆转捩测量试验提供了规范的试验流程和数据处理方法，根据本发明提供的方法可得到模型表面的转捩区域，具有很高的试验效率。
Description
技术领域
本发明属于航空航天空气动力学风洞试验及图像数据处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种低温温敏漆转捩测量试验方法。
背景技术
边界层转捩是指边界层流动从层流状态发展到湍流状态的过程，是一个多因素耦合的强非线性复杂流动物理过程。边界层转捩位置对飞行器的摩阻、表面流态及飞行性能有很大的影响，转捩位置的确定是飞行器设计的关键技术之一。气流转捩前层流区热导率小于转捩后湍流区热导率，由于热导率的差异，层流区与湍流区之间会产生温差。假设试验前模型表面温度均匀一致，由于层流区热导率小于湍流区热导率，当模型表面温度高于气流温度，层流区温度高于湍流区温度；当模型表面温度低于气流温度，层流区温度低于湍流区温度。
温敏漆（Temperature Sensitive Paint, TSP）由面漆和底漆两部分组成。面漆是含温敏探针分子的工作层，喷涂于底漆表面，低温环境使用钌基（工作温度区间为110K~220K）和铕基（工作温度区间为220K~320K）两种探针分子；底漆主要成分为环氧树脂和二氧化钛，喷涂于模型表面，起到提高模型表面粘结性、增强探针分子发光强度及热隔离的作用。探针分子受到一定波长的光激发后，会发射出特定波长的荧光，探针分子的发光量子效率随温度升高而降低，这种与温度相关的效应就是热猝灭，是TSP的主要工作原理。低温温敏漆是指工作温度小于等于230K的温敏漆。
由基于温度分布的转捩测量原理可知，气流与模型温差越大，层流区与湍流区温度梯度越显著。在暂冲式风洞中，气流总温不可控，试验前一般采用加热模型的方式，提高试验过程中层流区与湍流区的温度梯度。由于连续式的低温风洞在运行过程中无法打开驻室，这种直接加热模型的方式不再适用。本发明提供了一种低温风洞转捩测量试验方法，包括试验流程和数据处理方法。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低温温敏漆转捩测量试验方法，其使用的温敏漆工作温度小于等于230K，低温温敏漆转捩测量试验方法包括以下步骤：
步骤一、准备模型，对模型进行清洁，温敏漆涂料喷涂和固化，对涂料表面进行打磨处理；
步骤二、准备光学测量设备；
步骤三、准备洞体，对光学测量设备光路上的洞体进行消光处理，完成气体置换；
步骤四、启动风洞，采用定总温、变马赫数和模型姿态的方式进行试验；
步骤五、采集试验图像，分别完成背景图像、基准图像、有风图像序列采集；
步骤六、采集完成后，如还有未试验的工况，则控制总温、马赫数和模型姿态调整到下一工况，重复步骤五；如需进行数据分析，则风洞进入待命状态，此时风洞压缩机低转速运行，控制总温上升或下降；
步骤七、在线校准计算，根据不同总温点的基准图像，计算得到校准曲线；
步骤八、温度分布计算，将有风图像和基准图像扣除背景图像，将有风图像配准到基准图像，将有风图像和基准图像求比，得到比值图像，最后根据校准文件计算得到温度分布图像；
步骤九、转捩位置分析，根据边界层转捩原理，判别转捩区域。
优选的是，其中，所述步骤一中，低温温敏漆的底漆选用环氧树脂，面漆探针选用钌基或铕基探针；温敏漆涂料喷涂和固化完成后，对涂料表面进行打磨处理，底漆和面漆喷涂和固化后分别使用砂纸进行打磨；涂料表面粗糙度控制到0.5微米以内，同时使用测厚仪对涂层厚度进行测量，面漆和底漆的涂层总厚度应小于60微米。
优选的是，其中，所述步骤二中，光学测量设备包括激发光源和CCD相机，激发光源功率按百分比可调，风洞观察窗为双层光学玻璃光窗；设备安装完毕后，确定激发光源和CCD相机的工作参数，具体包括：将激发光源的中心轴线和CCD相机的中心轴线按照10°~40°的夹角进行布置，激发光源布置于CCD相机后上方，CCD相机视场避开风洞反光区域，使用遮光材料隔绝环境光；设备安装完毕后，确定激发光源功率，设定CCD相机采集周期、曝光时间和光圈参数。
优选的是，其中，所述步骤三中，采用喷涂亚光漆的方式对激发光源和CCD相机光路上的洞体结构进行消光处理，按照步骤二设置的参数启动激发光源和CCD相机采集图像，对图像进行分析，将模型安装到支撑机构上，关闭风洞，完成气体置换。
优选的是，其中，所述步骤四中，启动风洞后，首先将风洞降温到最低的总温工况，通过气化液氮的方式进行降温，压缩机采用低转速的方式驱动低温氮气在洞体回路中流动；其中，总温调节通过气化液氮降温和压缩机发热升温进行调节，马赫数调节通过风洞压缩机转速进行控制，模型姿态通过自动支撑机构调整。
优选的是，其中，所述步骤五中，风洞到达目标总温后，调节压缩机转速，控制风洞运行到目标马赫数，同时模型姿态调整到目标工况，待模型均温后，开始试验图像采集，启动光源和CCD分别完成背景图像I bkg 、基准图像I ref 采集，采集完成后控制总温上升或者下降，停止液氮注入实现升温，加大液氮注入实现降温，总温开始上升或者下降后启动激发光源和CCD相机完成有风图像序列I win(i)的采集，其中i=1,2,3,…,N。
优选的是，其中，所述步骤五中，背景图像为风洞关闭激发光源采集到的图像，基准图像为模型均温状态下启动激发光源采集到的图像，有风图像为总温开始上升或下降后启动激发光源采集到的图像。
优选的是，其中，所述步骤七中，计算校准曲线的方法包括：校准区域选择模型的湍流区，根据不同总温点的基准图像I ref(T)和参考图像，求比值图像：
r T = I ref(T) / I ref(Tr)
其中，r T 表示基准图像I ref(T)和参考图像I ref(Tr)求得的比值图像，人工选取比值图像r T 中模型测量区域的感兴趣区域，计算该区域所有像素点的平均值Avg T ，进行二阶多项式拟合，拟合式如下式所示：
T=a Tr + b Tr ·Avg T +c Tr ·（Avg T ）2
由此得到校准曲线，每个参考温度下均可得到一条校准曲线；其中，T表示总温，a Tr 、b Tr 和c Tr 分别表示二阶多项式拟合系数。
优选的是，其中，所述步骤八中，进行温度分布计算时，首先将有风图像和基准图像扣除背景图像，之后将扣除背景图像的有风图像配准到扣除背景图形的基准图像，然后将扣除背景图像的有风图像和扣除背景图像基准图像求比，得到比值图像r i ，计算公式为：
r i =( I win(i)－I bkg )/( I ref －I bkg ) i=1,2,3,…,N
将计算得到的比值图像r i 带入步骤七中的二阶多项式即可计算得到温度分布图像，其中，I ref 为基准图像，I bkg 为背景图像，I win(i)为有风图像序列。
优选的是，其中，进行转捩位置分析时，根据边界层转捩原理，层流区与湍流区之间的转捩区域温度梯度会陡增，辅助分析人员判别转捩区域；其中，边界层转捩原理为：总温上升时，层流区温度低于湍流区温度，总温下降时，层流区温度高于湍流区温度；
判别转捩区域的方法为以下三种方法中的任意一种：
一、通过设置显示区间、伪彩色模板的方式增强层流区与湍流区的对比度，直观判断转捩区域；
二、计算温度梯度分布，根据温度梯度分布判断转捩区域；
三、使用基于边缘或区域的图像分割算法，实现层流和湍流区域的自动分割，进而确定转捩区域；其中边缘的图像分割算法包括Sobel、Canny和Laplacian算法，区域的图像分割算法包括区域生长算法和分水岭算法。
本发明至少包括以下有益效果：
（1）本发明提供一种低温温敏漆转捩测量试验流程，首先提出了转捩测量试验模型表面涂料厚度和粗糙度的要求；然后给出了光学测量设备参数设置的流程和方法，洞体准备流程；最后提出了低温风洞变总温转捩测量试验流程，包括图像采集和工况转换步骤，具有较高的试验效率。
（2）本发明提供一种低温温敏漆转捩测量试验数据处理方法，首先给出了在线校准方法，可以在试验过程中获得低温温敏漆的校准曲线；然后给出了基于在线校准曲线的温度分布计算方法，可以计算得到模型表面准确的温度分布；最后给出了基于温度梯度的转捩位置判别方法。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的低温温敏漆转捩测量试验方法的流程图；
图2为本发明对钌基涂料在线校准曲线；
图3为本发明对层流短舱模型的转捩测量结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示：本发明的一种低温温敏漆转捩测量试验方法，其使用的温敏漆工作温度低于230K，工作温度小于等于230K的温敏漆即为低温温敏漆，低温温敏漆转捩测量试验方法包括以下步骤：
步骤一、准备模型，对模型进行清洁，温敏漆涂料喷涂和固化，对涂料表面进行打磨处理；
步骤二、准备光学测量设备；
步骤三、准备洞体，对光学测量设备光路上的洞体进行消光处理，完成气体置换；
步骤四、启动风洞，采用定总温、变马赫数和模型姿态的方式进行试验；
步骤五、采集试验图像，分别完成背景图像、基准图像、有风图像序列采集；其中，背景图像为风洞关闭激发光源采集到的图像，基准图像为模型均温状态下启动激发光源采集到的图像，有风图像为总温开始上升或下降后启动激发光源采集到的图像；
步骤六、采集完成后，如还有未试验的工况，则控制总温、马赫数和模型姿态调整到下一工况，重复步骤五；如需进行数据分析，则风洞进入待命状态，此时风洞压缩机低转速运行，控制总温上升或下降；
步骤七、在线校准计算，根据不同总温点的基准图像，计算得到校准曲线；
步骤八、温度分布计算，将有风图像和基准图像扣除背景图像，将有风图像配准到基准图像，将有风图像和基准图像求比，得到比值图像，最后根据校准文件计算得到温度分布图像；
步骤九、转捩位置分析，根据边界层转捩原理，判别转捩区域。
在上述技术方案中，所述步骤一中，低温温敏漆的底漆选用环氧树脂，面漆探针选用钌基或铕基探针；温敏漆涂料喷涂和固化完成后，对涂料表面进行打磨处理，底漆喷涂后使用1500目砂纸进行打磨，底漆厚度控制在30微米左右，面漆喷涂后使用2000目砂纸进行打磨，面漆厚度控制在20微米左右；涂料表面粗糙度控制到0.5微米以内，同时使用测厚仪对涂层厚度进行测量，面漆和底漆的涂层总厚度应小于60微米；严格控制底漆和面漆的涂层厚度和低温温敏漆的粗糙度的目的是减少模型外形变化对转捩测量结果的影响。
在上述技术方案中，所述步骤二中，光学测量设备包括激发光源和高分辨率CCD相机；其中，钌基探针使用460nm激发光源，铕基探针使用365nm激发光源，高分辨率CCD相机前加装590nm高通滤镜，激发光源功率按百分比可调，风洞观察窗为双层光学玻璃光窗；设备安装完毕后，确定激发光源和CCD相机的工作参数，CCD相机镜头的光圈设置需满足模型拍摄区域的景深要求，光源功率和CCD相机曝光时间需满足图像信噪比要求，具体包括：为减少激发光反射的影响，将激发光源的中心轴线和CCD相机的中心轴线按照10°~40°的夹角进行布置，激发光源布置于CCD相机后上方，CCD相机视场避开风洞反光区域，使用遮光材料隔绝环境光；设备安装完毕后，确定激发光源功率为50%，设定CCD相机采集周期为2000ms，曝光时间为400ms，光圈设置为f5.6，总温110K时CCD相机光强约为满量程的80%；激发光源和CCD相机参数设置的原则是确保获取清晰且高信噪比的图像，参数设置还受激发光源和CCD相机安装位置的影响。如果光学测量设备放置于低温风洞驻室内，需要设计专用的低温防护装置，如果光学测量设备放置于低温风洞外，光窗需采用双层真空光窗，试验过程中需对内腔持续抽真空，或者用通氮气的方式持续清洗，确保光窗内不起雾，不结冰。
在上述技术方案中，所述步骤三中，采用喷涂亚光漆的方式对激发光源和CCD相机光路上的洞体结构进行消光处理，按照步骤二设置的参数启动激发光源和CCD相机采集图像，对图像进行分析，将模型安装到支撑机构上，关闭风洞，完成气体置换。
在上述技术方案中，所述步骤四中，总温T=110K,120K,…,220K，试验马赫数Ma=0.4、0.6和0.76，模型姿态αm=-2°、0°和2°，总温由低到高运行；启动风洞后，首先将风洞降温到最低的总温工况110K，通过气化液氮的方式进行降温，压缩机采用低转速的方式驱动低温氮气在洞体回路中流动；其中，总温调节通过气化液氮降温和压缩机发热升温进行调节，马赫数调节通过风洞压缩机转速进行控制，模型姿态通过自动支撑机构调整；试验过程中采用总温由低到高运行的优点在于，风洞升温过程相对缓慢，试验结束后将风洞回温到常温时间较短，可以缩短风洞运行时间；图1所示的操作流程可以达到一次降到最低温的目的，逐渐升温的风洞工作流程，在试验温度点附近进行升或者降总温的操作。
在上述技术方案中，所述步骤五中，风洞到达目标总温后，调节压缩机转速，控制风洞运行到目标马赫数，同时模型姿态调整到目标工况，等待约60秒后认为模型均温，开始试验图像采集，启动光源和CCD相机分别完成背景图像I bkg 、基准图像I ref 采集，采集完成后控制总温上升或者下降10K，总温变化速率应大于0.5K每秒，停止液氮注入实现升温，加大液氮注入实现降温，总温开始上升/下降后启动激发光源和CCD相机完成有风图像序列I win(i)的采集，其中i=1,2,3,…,N；有风图像序列可以计算得到总温变化过程中的温度分布图像，可观察到转捩区域温度梯度生成、弱化到逐渐消失的过程，有风序列图像的幅数可根据总温变化时长确定。其中，背景图像为风洞关闭激发光源采集到的图像，基准图像为模型均温状态下启动激发光源采集到的图像，有风图像为总温开始上升或下降后启动激发光源采集到的图像。
在上述技术方案中，所述步骤七中，计算校准曲线的方法包括：校准区域选择模型的湍流区，该区域的温度与总温更为接近，在线校准计算可得到涂料的校准曲线、温度灵敏度；为了消除光源不均匀，探针浓度不一致的影响，选择不同总温点的基准图像I ref(T)和参考图像，求比值图像：
r T = I ref(T) / I ref(Tr) T=110,120,…,220K
其中，r T 表示基准图像I ref(T)和参考图像I ref(Tr)求得的比值图像，人工选取比值图像r T 中模型测量区域的感兴趣区域，计算该区域所有像素点的平均值Avg T ，进行二阶多项式拟合，拟合式如下式所示：
T=a Tr + b Tr ·Avg T +c Tr ·（Avg T ）2
得到的校准结果如图2所示，图2中横坐标为感兴趣区域所有像素点的平均值，纵坐标为总温；其中，T表示总温，a Tr 、b Tr 和c Tr 分别表示二阶多项式拟合系数；由此得到校准曲线，每个参考温度下均可得到一条校准曲线，使用在线校准替代静态校准，可减少静态校准的过程，获得与静态校准相当的校准曲线，提高试验准备效率。
在上述技术方案中，所述步骤八中，进行温度分布计算时，首先将有风图像和基准图像扣除背景图像，之后将扣除背景图像的有风图像配准到扣除背景图形的基准图像，然后将扣除背景图像的有风图像和扣除背景图像基准图像求比，得到比值图像r i ，计算公式为：
r i =( I win(i)－I bkg )/( I ref －I bkg ) i=1,2,3,…,N
将计算得到的比值图像r i 带入步骤七中的二阶多项式即可计算得到温度分布图像，其中，I ref 为基准图像，I bkg 为背景图像，I win(i)为有风图像序列；为提高图像信噪比，对有风图像、基准图像和温度分布图像进行中值、高斯滤波，或者根据图像质量进行多次滤波，比值的量值作为温度分布的参考，在步骤九中根据比值图像对转捩位置进行分析。
在上述技术方案中，所述步骤九中，进行转捩位置分析时，根据边界层转捩原理，层流区与湍流区之间的转捩区域温度梯度会陡增，辅助分析人员判别转捩区域；其中，边界层转捩原理为：总温上升时，层流区温度低于湍流区温度，总温下降时，层流区温度高于湍流区温度；
判别转捩区域的方法为以下三种方法中的任意一种：
一、通过设置显示区间、伪彩色模板的方式增强层流区与湍流区的对比度，直观判断转捩区域；
二、计算温度梯度分布，根据温度梯度分布判断转捩区域；
三、使用基于边缘或区域的图像分割算法，实现层流和湍流区域的自动分割，进而确定转捩区域；其中边缘的图像分割算法包括Sobel、Canny和Laplacian算法，区域的图像分割算法包括区域生长算法和分水岭算法。
采用本发明提供的测量试验方法，对层流短舱模型进行转捩测量，测量结果如图3所示，图中的温度条示数范围为150~156K，用以指示获得的短舱模型表面温度的变化，图中虚线所示的温度突变线表明了层流短舱模型表面温度发生了突变，虚线左侧温度低于虚线右侧温度，即通过本发明所提供的测量试验方法获得的转捩区域，可观察到显著的温度突变。
对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述低温温敏漆的工作温度小于等于230K，低温温敏漆转捩测量试验方法包括以下步骤：
步骤一、准备模型，对模型进行清洁，温敏漆涂料喷涂和固化，对涂料表面进行打磨处理；
步骤二、准备光学测量设备；
步骤三、准备洞体，对光学测量设备光路上的洞体进行消光处理，完成气体置换；
步骤四、启动风洞，采用定总温、变马赫数和变模型姿态的方式进行试验；
步骤五、采集试验图像，分别完成背景图像、基准图像、有风图像序列采集；
步骤六、采集完成后，如还有未试验的工况，则控制总温、马赫数和模型姿态调整到下一工况，重复步骤五；如需进行数据分析，则风洞进入待命状态，此时风洞压缩机低转速运行，控制总温上升或下降；
步骤七、在线校准计算，根据不同总温点的基准图像，计算得到校准曲线；
步骤八、温度分布计算，将有风图像和基准图像扣除背景图像，将有风图像配准到基准图像，将有风图像和基准图像求比，得到比值图像，最后根据校准文件计算得到温度分布图像；
步骤九、转捩位置分析，根据边界层转捩原理，判别转捩区域。
2.如权利要求1所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤一中，低温温敏漆的底漆选用环氧树脂，面漆探针选用钌基或铕基探针；温敏漆涂料喷涂和固化完成后，对涂料表面进行打磨处理，底漆和面漆喷涂和固化后分别使用砂纸进行打磨；涂料表面粗糙度控制到0.5微米以内，同时使用测厚仪对涂层厚度进行测量，面漆和底漆的涂层总厚度应小于60微米。
3.如权利要求1所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤二中，光学测量设备包括激发光源和CCD相机，激发光源功率按百分比可调，风洞观察窗为双层光学玻璃光窗；设备安装完毕后，确定激发光源和CCD相机的工作参数，具体包括：将激发光源的中心轴线和CCD相机的中心轴线按照10°~40°的夹角进行布置，激发光源布置于CCD相机后上方，CCD相机视场避开风洞反光区域，使用遮光材料隔绝环境光；设备安装完毕后，确定激发光源功率，设定CCD相机采集周期、曝光时间和光圈参数。
4.如权利要求3所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤三中，采用喷涂亚光漆的方式对激发光源和CCD相机光路上的洞体结构进行消光处理，按照步骤二设置的参数启动激发光源和CCD相机采集图像，对图像进行分析，将模型安装到支撑机构上，关闭风洞，完成气体置换。
5.如权利要求1所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤四中，启动风洞后，首先将风洞降温到最低的总温工况，通过气化液氮的方式进行降温，压缩机采用低转速的方式驱动低温氮气在洞体回路中流动；其中，总温调节通过气化液氮降温和压缩机发热升温进行调节，马赫数调节通过风洞压缩机转速进行控制，模型姿态通过自动支撑机构调整。
6.如权利要求1所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤五中，风洞到达目标总温后，调节压缩机转速，控制风洞运行到目标马赫数，同时模型姿态调整到目标工况，待模型均温后，开始试验图像采集，启动光源和CCD分别完成背景图像I bkg 、基准图像I ref 采集，采集完成后控制总温上升或者下降，停止液氮注入实现升温，加大液氮注入实现降温，总温开始上升或者下降后启动激发光源和CCD相机完成有风图像序列I win(i)的采集，其中i=1,2,3,…,N。
7.如权利要求1所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤五中，背景图像为风洞关闭激发光源采集到的图像，基准图像为模型均温状态下启动激发光源采集到的图像，有风图像为总温开始上升或下降后启动激发光源采集到的图像。
8.如权利要求6所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤七中，计算校准曲线的方法包括：校准区域选择模型的湍流区，根据不同总温点的基准图像I ref(T)和参考图像，求比值图像：
r T = I ref(T) / I ref(Tr)
其中，r T 表示基准图像I ref(T)和参考图像I ref(Tr)求得的比值图像，人工选取比值图像r T 中模型测量区域的感兴趣区域，计算该区域所有像素点的平均值Avg T ，进行二阶多项式拟合，拟合式如下式所示：
T=a Tr + b Tr ·Avg T +c Tr ·（Avg T ）2
由此得到校准曲线，每个参考温度下均可得到一条校准曲线；其中，T表示总温，a Tr 、b Tr 和c Tr 分别表示二阶多项式拟合系数。
9.如权利要求6所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤八中，进行温度分布计算时，首先将有风图像和基准图像扣除背景图像，之后将扣除背景图像的有风图像配准到扣除背景图形的基准图像，然后将扣除背景图像的有风图像和扣除背景图像基准图像求比，得到比值图像r i ，计算公式为：
r i =( I win(i)－I bkg )/( I ref －I bkg ) i=1,2,3,…,N
将计算得到的比值图像r i 带入步骤七中的二阶多项式即可计算得到温度分布图像，其中，I ref 为基准图像，I bkg 为背景图像，I win(i)为有风图像序列。
10.如权利要求1所述的低温温敏漆转捩测量试验方法，其特征在于，所述步骤九中，进行转捩位置分析时，根据边界层转捩原理，层流区与湍流区之间的转捩区域温度梯度会陡增，辅助分析人员判别转捩区域；其中，边界层转捩原理为：总温上升时，层流区温度低于湍流区温度，总温下降时，层流区温度高于湍流区温度；
判别转捩区域的方法为以下三种方法中的任意一种：
一、通过设置显示区间、伪彩色模板的方式增强层流区与湍流区的对比度，直观判断转捩区域；
二、计算温度梯度分布，根据温度梯度分布判断转捩区域；
三、使用基于边缘或区域的图像分割算法，实现层流和湍流区域的自动分割，进而确定转捩区域；其中边缘的图像分割算法包括Sobel、Canny和Laplacian算法，区域的图像分割算法包括区域生长算法和分水岭算法。
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