[實用新型]一種基于硫化鋅的鼓風式冷卻系統流場可視化裝置

有效

• 申請號: 201720000518.4
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN206619169U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 楊大章;謝晶;王金鋒
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于氣流流場可視化領域，特別是一種基于硫化鋅熒光反應的氣流組織可視化裝置，尤其是應用在鼓風式冷卻系統中噴射氣流的流場分析的可視化裝置。

背景技術

鼓風式冷卻技術是一種使用低溫、高速空氣來冷卻物體的技術。高速流動的低溫氣流沖擊被冷卻物體時，減薄了物體表面的空氣邊界層，強化了對流換熱，提高了冷卻速率。鼓風式冷卻裝置的空氣噴射氣流流場是決定裝置換熱效率和能耗的關鍵因素。針對不同形狀、不同大小的被冷卻物體往往需要設計和調整氣流流場，如采用不同的噴射形式（孔板式、噴嘴式等）以及各種結構參數（孔板噴口大小和開孔率、噴嘴大小等）。噴射系統的氣流流場并不直觀，而設計合理的氣流流場的前提是能夠實現氣流流場的可視化，這也是鼓風式冷卻裝置在研發和設計過程中的關鍵問題。目前常用的流場可視化方法有氦氣泡顯示技術、散斑測速技術和粒子圖象測速技術（PIV）等，但是這些技術國內還不具備，基本需要國外進口，而且使用的成本很高，從幾十萬到上百萬不等，中小型企業和普通科研機構難以承受。

發明內容

本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種基于硫化鋅熒光反應的氣流流場可視化方法，是一種利用CCD長時間曝光來記錄硫化鋅熒光軌跡，從而直觀反映鼓風式冷卻裝置噴射氣流流場的方法。

本實用新型的技術方案為：

一種基于硫化鋅的鼓風式冷卻系統流場可視化裝置包括空氣冷卻與輸送系統、空氣鼓風噴射系統和CCD圖像采集系統；空氣冷卻與輸送系統由空氣冷卻器、送風管、硫化鋅粉末添加裝置、回風管、高效過濾器組成；空氣鼓風噴射系統由靜壓箱、送風孔板、噴射冷卻區域和網帶組成；CCD圖像采集系統包括CCD相機和發光光源兩部分； 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。

發光光源發射出波長為340nm-480nm的光線。粉末受波長為340nm-480nm的光線激發，發生熒光反應，熒光被CCD相機記錄下來形成光軌跡；此軌跡可以直觀反映鼓風冷卻設備的流線與流場分布。

發光光源發射出波長為400nm的光線。硫化鋅熒光反應的激發光波長為400nm，根據硫化鋅的光學性質，在該波長下的光的激發下硫化鋅發生熒光反應，釋放出可見的光致發光，被CCD相機記錄下來。

拍攝流場時，CCD相機使用小光圈長曝光時間的處理方法。使用小光圈長曝光時間的數碼相片來反映空氣氣流流場方法。每一個硫化鋅顆粒跟隨氣流，在曝光時間內會移動一段距離，這一過程將會在CCD上留下一條清晰的光軌跡。這條軌跡能反應出硫化鋅顆粒的運動軌跡，即是空氣氣流的流線，多條光軌跡即能反應出空氣氣流整體的運動情況，即能反映出流線和流場分布。

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域的流場。

CCD是電荷耦合器件(charge coupled device)的簡稱，它能夠將光線變為電荷并將電荷存儲及轉移，也可將存儲之電荷取出使電壓發生變化，因此是理想的CCD相機元件，以其構成的CCD相機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊之特性而被廣泛應用。

在送風管上設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節，從而在流場可視化圖像采集過程中調節熒光軌跡的疏密。在回風管上設置了高效過濾器，其目的是過濾空氣并收集硫化鋅顆粒，避免硫化鋅顆粒進入空氣冷卻器，也避免了空氣氣流中過多的硫化鋅顆粒對可視化造成干擾。

CCD圖像采集系統包括發光光源和CCD相機兩部分，發光光源所發射的光線波長為340nm-480nm，在這一波段光線照射下硫化鋅的熒光反應最強烈。CCD相機具備小光圈和長曝光時間的功能，有利于清晰記錄硫化鋅顆粒的運動軌跡。硫化鋅顆粒在光源的照射下發生了熒光反應，同時顆粒跟隨氣流在噴射冷卻區域內運行，顆粒在CCD相機的曝光時間內會移動一段距離，曝光時間越長，顆粒的運動距離越長，CCD上留下一條光軌跡也越長。每一條光軌跡反應了一條氣流流線，多條光軌跡即能反應出空氣氣流的流線和流場分布。

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