[實(shí)用新型]一種基于硫化鋅的鼓風(fēng)式冷卻系統(tǒng)流場(chǎng)可視化裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720000518.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN206619169U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊大章;謝晶;王金鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/20
• 分類號(hào): G06T7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于氣流流場(chǎng)可視化領(lǐng)域，特別是一種基于硫化鋅熒光反應(yīng)的氣流組織可視化裝置，尤其是應(yīng)用在鼓風(fēng)式冷卻系統(tǒng)中噴射氣流的流場(chǎng)分析的可視化裝置。

背景技術(shù)

鼓風(fēng)式冷卻技術(shù)是一種使用低溫、高速空氣來冷卻物體的技術(shù)。高速流動(dòng)的低溫氣流沖擊被冷卻物體時(shí)，減薄了物體表面的空氣邊界層，強(qiáng)化了對(duì)流換熱，提高了冷卻速率。鼓風(fēng)式冷卻裝置的空氣噴射氣流流場(chǎng)是決定裝置換熱效率和能耗的關(guān)鍵因素。針對(duì)不同形狀、不同大小的被冷卻物體往往需要設(shè)計(jì)和調(diào)整氣流流場(chǎng)，如采用不同的噴射形式（孔板式、噴嘴式等）以及各種結(jié)構(gòu)參數(shù)（孔板噴口大小和開孔率、噴嘴大小等）。噴射系統(tǒng)的氣流流場(chǎng)并不直觀，而設(shè)計(jì)合理的氣流流場(chǎng)的前提是能夠?qū)崿F(xiàn)氣流流場(chǎng)的可視化，這也是鼓風(fēng)式冷卻裝置在研發(fā)和設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵問題。目前常用的流場(chǎng)可視化方法有氦氣泡顯示技術(shù)、散斑測(cè)速技術(shù)和粒子圖象測(cè)速技術(shù)（PIV）等，但是這些技術(shù)國(guó)內(nèi)還不具備，基本需要國(guó)外進(jìn)口，而且使用的成本很高，從幾十萬到上百萬不等，中小型企業(yè)和普通科研機(jī)構(gòu)難以承受。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于硫化鋅熒光反應(yīng)的氣流流場(chǎng)可視化方法，是一種利用CCD長(zhǎng)時(shí)間曝光來記錄硫化鋅熒光軌跡，從而直觀反映鼓風(fēng)式冷卻裝置噴射氣流流場(chǎng)的方法。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種基于硫化鋅的鼓風(fēng)式冷卻系統(tǒng)流場(chǎng)可視化裝置包括空氣冷卻與輸送系統(tǒng)、空氣鼓風(fēng)噴射系統(tǒng)和CCD圖像采集系統(tǒng)；空氣冷卻與輸送系統(tǒng)由空氣冷卻器、送風(fēng)管、硫化鋅粉末添加裝置、回風(fēng)管、高效過濾器組成；空氣鼓風(fēng)噴射系統(tǒng)由靜壓箱、送風(fēng)孔板、噴射冷卻區(qū)域和網(wǎng)帶組成；CCD圖像采集系統(tǒng)包括CCD相機(jī)和發(fā)光光源兩部分； 硫化鋅粉末添加裝置中加入粒徑在5μm-20μm的硫化鋅粉末。

硫化鋅粉末的粒徑為10μm。

發(fā)光光源發(fā)射出波長(zhǎng)為340nm-480nm的光線。粉末受波長(zhǎng)為340nm-480nm的光線激發(fā)，發(fā)生熒光反應(yīng)，熒光被CCD相機(jī)記錄下來形成光軌跡；此軌跡可以直觀反映鼓風(fēng)冷卻設(shè)備的流線與流場(chǎng)分布。

發(fā)光光源發(fā)射出波長(zhǎng)為400nm的光線。硫化鋅熒光反應(yīng)的激發(fā)光波長(zhǎng)為400nm，根據(jù)硫化鋅的光學(xué)性質(zhì)，在該波長(zhǎng)下的光的激發(fā)下硫化鋅發(fā)生熒光反應(yīng)，釋放出可見的光致發(fā)光，被CCD相機(jī)記錄下來。

拍攝流場(chǎng)時(shí)，CCD相機(jī)使用小光圈長(zhǎng)曝光時(shí)間的處理方法。使用小光圈長(zhǎng)曝光時(shí)間的數(shù)碼相片來反映空氣氣流流場(chǎng)方法。每一個(gè)硫化鋅顆粒跟隨氣流，在曝光時(shí)間內(nèi)會(huì)移動(dòng)一段距離，這一過程將會(huì)在CCD上留下一條清晰的光軌跡。這條軌跡能反應(yīng)出硫化鋅顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，即是空氣氣流的流線，多條光軌跡即能反應(yīng)出空氣氣流整體的運(yùn)動(dòng)情況，即能反映出流線和流場(chǎng)分布。

靜壓箱保證了空氣氣流噴射出口的均勻性。孔板的噴口大小和開孔率決定了噴射氣流的流速和流量以及在噴射冷卻區(qū)域的流場(chǎng)。

CCD是電荷耦合器件(charge coupled device)的簡(jiǎn)稱，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹㈦姾纱鎯?chǔ)及轉(zhuǎn)移，也可將存儲(chǔ)之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的CCD相機(jī)元件，以其構(gòu)成的CCD相機(jī)具有體積小、重量輕、不受磁場(chǎng)影響、具有抗震動(dòng)和撞擊之特性而被廣泛應(yīng)用。

在送風(fēng)管上設(shè)置了硫化鋅添加裝置，硫化鋅為粉末狀，顆粒為10μm，使得硫化鋅粉末在空氣中不易沉降，而是均勻的分布在空氣中。硫化鋅粉末的添加量可以調(diào)節(jié)，從而在流場(chǎng)可視化圖像采集過程中調(diào)節(jié)熒光軌跡的疏密。在回風(fēng)管上設(shè)置了高效過濾器，其目的是過濾空氣并收集硫化鋅顆粒，避免硫化鋅顆粒進(jìn)入空氣冷卻器，也避免了空氣氣流中過多的硫化鋅顆粒對(duì)可視化造成干擾。

CCD圖像采集系統(tǒng)包括發(fā)光光源和CCD相機(jī)兩部分，發(fā)光光源所發(fā)射的光線波長(zhǎng)為340nm-480nm，在這一波段光線照射下硫化鋅的熒光反應(yīng)最強(qiáng)烈。CCD相機(jī)具備小光圈和長(zhǎng)曝光時(shí)間的功能，有利于清晰記錄硫化鋅顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。硫化鋅顆粒在光源的照射下發(fā)生了熒光反應(yīng)，同時(shí)顆粒跟隨氣流在噴射冷卻區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，顆粒在CCD相機(jī)的曝光時(shí)間內(nèi)會(huì)移動(dòng)一段距離，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒的運(yùn)動(dòng)距離越長(zhǎng)，CCD上留下一條光軌跡也越長(zhǎng)。每一條光軌跡反應(yīng)了一條氣流流線，多條光軌跡即能反應(yīng)出空氣氣流的流線和流場(chǎng)分布。

空氣噴射冷卻區(qū)域的面向CCD采集系統(tǒng)的一面是由透明材料組成，可以通過發(fā)光光源11的光線和硫化鋅發(fā)出的熒光。