[發明專利]多物理場同時測量的實驗系統與測量方法

有效

• 申請號: 202210442227.6
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114719912B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 王澤棟;張年梅;陽倦成;呂澤;倪明玖
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學;西安交通大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 重慶律知誠專利代理事務所(普通合伙) 50281
• 代理人: 殷興旺;王俊超

1.一種測量方法，所述測量方法利用多物理場同時測量的實驗系統，所述多物理場同時測量的實驗系統包括：耦合系統和測量系統；

所述耦合系統包括：透明實驗段，換熱系統和水泵，所述透明實驗段、所述換熱系統和所述水泵通過管道連接形成循環系統，所述透明實驗段包括透明流體腔、加熱系統和擾流組件，所述透明流體腔內部用于供流體流通，所述加熱系統用于對所述透明流體腔內的流體進行加熱，所述擾流組件包括剛性件和柔性件，所述柔性件連接在所述剛性件上，所述擾流組件用于增強所述透明流體腔的熱對流來實現增強換熱，所述換熱系統用于對所述透明流體腔的液體進行換熱；

所述測量系統包括：流體測溫系統、流體測速系統和固體形變場測量系統；

所述流體測溫系統包括：熒光劑、連續激光儀和第一高速相機，所述熒光劑與腔內流體均勻混合，所述連續激光儀用于誘導所述透明實驗段內所述熒光劑發光，所述高速相機用于拍攝所述透明流體腔內流體運動狀態；

所述流體測速系統包括：示蹤粒子、雙脈沖激光儀和第二高速相機，所述示蹤粒子與所述透明流體腔內流體均勻混合，所述雙脈沖激光儀用于照射所述實驗段內示蹤粒子，所述第一高速相機用于拍攝所述透明流體腔內流體運動狀態；

所述固體形變場測量系統包括：光源和所述第二高速相機，所述光源用于給拍攝所述透明流體腔內流體在熱流固耦合作用下固體變形場提供光源；

其特征在于，所述雙脈沖激光儀與所述光源交替閃爍照射所述透明流體腔內流體，通過所述第二高速相機拍攝流體圖像，對所述流體圖像進行圖像識別處理，分別得到多幀示蹤粒子圖像和多幀柔性件的固體形變圖，再通過后處理中的邊緣識別提取，將所述擾流組件的圖像在對應的PIV粒子圖像中剔除，再進行互相關算法計算得到流體速度場，然后疊加所述固體形變圖得到流固耦合的圖像。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，還包括如下步驟：

流體溫度場獲取步驟：

通過所述連續激光儀發出激光照射所述透明流體腔中流體，利用所述第一高速相機實時獲得多幀所述流體的熒光強度圖片；

將所述熒光強度圖片中熒光強度與標定好的熒光強度和溫度對照表進行對比校正，從而得流體溫度圖；

結合時序與多幀所述流體溫度圖得出熱流固耦合作用下流場的實時溫度場；

固體形變場獲取步驟；

利用光源照射流體，通過所述第二高速相機得到柔性件的多幀狀態圖；

獲取各幀狀態圖中柔性件邊緣圖像，結合時序和所述柔性件邊緣圖像得出熱流固耦合作用下所述擾流組件的實時形變場；

流體速度矢量場獲取步驟：

通過所述雙脈沖激光儀發出兩束激光，利用所述第二高速相機實時獲得多幀連續的流場粒子圖；

將多幀所述流場粒子圖中所述擾流組件的圖像剔除；

將多幀連續所述流場粒子圖劃分查詢窗口，在窗口內對所述示蹤粒子的位置進行互相關分析，得到流體速度矢量場。

3.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述透明流體腔由亞克力材料或者透明玻璃材料構成。

4.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述加熱系統包括導熱件、發熱件和直流穩壓電源，所述發熱件和所述直流穩壓電源電連接形成通電回路，所述導熱件用于將所述發熱件的熱量傳遞給所述透明流體腔內的流體。

5.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于：還包括測溫元件，所述測溫元件用于測量所述透明流體腔內的流體內部溫度及所述導熱件與流體接觸表面的溫度。

6.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述剛性件在所述透明流體腔內可更換。

7.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述柔性件和所述剛性件可拆卸連接。

8.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述換熱系統包括換熱器和制冷裝置，所述換熱器與所述制冷裝置通過導管相連。

9.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：還包括流量計和閥門，所述流量計在所述透明實驗段進口處，所述閥門用于控制所述透明流體腔內流量。