基于红外热成像的热表面附近气流场测量技术的研究

作     者：朱长安 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘京

授予年度：2017年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：红外热成像 气流场 热表面 TIV PIV 热线风速计 

摘      要：随着人们生活水平的提高,对室内舒适度要求也越来越高,尤其是冬季供暖房间。实际建筑中供暖末段热表面附近气流场会影响室内热环境以及人员舒适度。由于流场自身的复杂性、测量技术手段上的局限性,关于热表面附近气流场特性和机理的研究很不充分。针对固定测点测量对流场干扰大,而PIV等传统场测量又存在设备复杂,足尺空间难以应用等问题,本文利用热表面温度分布与其附近气流场之间的关联性,提出基于红外热成像的热表面附近气流场测量理论及应用技术。为了深入分析该理论及技术方法的适用性,进行了以下研究:(1)根据热表面自身特点以及相关理论知识,初步建立基于红外热成像的热表面附近气流场测量技术方法。(2)基于红外热成像的热表面附近气流场测量技术的实验研究。设计并搭建实验台,提出测试实验方法,进行初步基础模型实验。(3)通过与热线以及PIV测量结果进行比较,分析红外热成像测速技术的可行性和适用性,本课题采用理论分析与实验研究相结合的方法进行研究,对上述内容进行了研究,得出:通过对红外热成像理论及其测温影响因素的研究,以及建立了热表面的能量方程,从理论上分析热表面上的能量传递,同时也可以得出影响能量传递的影响因素。类比PIV技术原理以及处理过程,初步建立基于红外热成像的热表面附近气流场测量技术方法,从理论上分析该技术是可行的。通过基础模型对比实验验证,基于红外热成像的热表面附近流场测速技术适用于自然对流工况下热表面附近流场的测量,而对于流速较高以及表面温差较小的受迫对流工况下的热表面附近流场测量有待进一步验证。利用基于红外热成像的热表面附近流场测速技术获取流场的湍动特性需要处理大量的瞬时矢量场,才能很好地捕捉到流场特性。基于红外热成像的热表面附近流场测速技术只用到红外热像仪,相比PIV技术,其测试仪器少,操作简单,不需要反复调试。这是发展迅猛的红外测温理论及相关技术在流场可视化领域的又一创新。在后续的研究中,会不断完善后处理过程,从而提高基于红外热成像的热表面附近流场测速技术的测速效率。