[發明專利]液體旋流場中微粒自轉的同步高速攝像方法及裝置

有效

• 申請號: 201410323142.1
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104062091A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 黃淵;汪華林;邱陽;付鵬波;張艷紅;白志山;楊強;何鳳琴
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P3/38
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

1.一種液體旋流場中微粒自轉的同步高速攝像方法，該方法包括以下步驟：

(1)選擇直徑相等、中心對稱布置兩個內核的透明或半透明微粒作為自轉測試顆粒；

(2)采用兩臺或更多臺高速攝像機同步獲取液體旋流場中微粒運動的二維圖像序列；

(3)通過所得的二維圖像序列重構微粒三維運動軌跡，同時獲得微粒在旋流場中的自轉速度。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，選擇的自轉測試顆粒的外殼為透明或者半透明球形，內包兩個深色、直徑相等、中心對稱布置的內核，直徑小于500微米，并且變形系數小于5％。

3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，采用兩臺正交布置的高速攝像機，其同步拍攝誤差小于10微秒，拍攝視場景深不低于旋流場直徑的20％。

4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，通過所得的二維圖像序列中微粒的二維運動軌跡擬合重構在待測區域內的三維運動軌跡；通過分析圖像序列中微粒中的兩個內核投影的重疊與分開頻率來確定微粒的自轉速度，對微粒自轉角度的分辨精度為90度。

5.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法同時測試了液體旋流場中微粒的圍繞旋流場幾何中心的公轉運動和圍繞其自身瞬時軸的自轉運動；液體旋流場的最大切向速度不大于10m/s。

6.一種液體旋流場中微粒自轉的同步高速攝像裝置，該裝置包括：

提供待測液體旋流場的旋流分離實驗裝置；

進行同步測試的兩臺或更多臺高速攝像機；

提供照射待測液體旋流場的光的冷光源(3)；

高速攝像機的同步觸發器(4)；

高速攝像機控制與數據存儲的計算機(5)。

7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述旋流分離實驗裝置是一個循環系統，包括：用于裝存液體的儲液罐(1-1)，與儲液罐(1-1)相連的用于液體增壓的渦流泵(1-2)，渦流泵(1-2)出口分為兩路，一路流體經回流閥(1-3-2)返回儲液罐(1-1)，一路經流量閥(1-3-1)和加粒接頭(1-4-3)后進入測試用微旋流器(1-5)，從微旋流器(1-5)頂部和底部出來的流體均返回儲液罐(1-1)；其中，所述微旋流器(1-5)的進口壓力為0.1-0.3MPa，液體溫度不高于50℃，公稱直徑不大于40mm，表面純凈。

8.如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述加粒接頭(1-4-3)內置針頭，測試微粒由針頭從微旋流器(1-5)進口注入旋流場。

9.如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，采用兩臺高速攝像機(2-1)、(2-2)，其中一臺高速攝像機的拍攝幀頻不低于8000fps，最小曝光時間不大于1微秒，分辨率不低于800×600；另一臺高速攝像機的拍攝幀頻不低于2000fps，最小曝光時間不大于1微秒，分辨率不低于800×600；所述高速攝像機采用微距鏡頭。

10.如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述冷光源(3)是大功率白光冷光源，發光色溫為5500～8000K，光通量不小于12000Lm。