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通风射流纹影成像可视化实验设计

实验科学与技术 2023年第3期21卷 14-18,35页

作者：徐春雯迟进华李佐龙朱静中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院青岛266580

针对通风工程中气流不可视、射流理论抽象,学生无法对气流分布形成直观认识的难点,该文利用纹影成像技术构思了自由射流理论的新实验方法,并进行了实验教学设计。实验利用纹影成像技术可视化效果突出、能够进行流场尺寸量化的优点,制作... 详细信息

针对通风工程中气流不可视、射流理论抽象,学生无法对气流分布形成直观认识的难点,该文利用纹影成像技术构思了自由射流理论的新实验方法,并进行了实验教学设计。实验利用纹影成像技术可视化效果突出、能够进行流场尺寸量化的优点,制作了一种基于纹影成像原理的Y型光学实验系统,在通风空调实验平台基础上配合传统热敏风速元件的测量,可充分展示通风射流的湍流发展和变化规律,并获得定量特征参数。该实验利用纹影可视化手段与通风射流理论相结合,实验结果形象直观,实验过程操作性强,有助于学生充分理解通风工程中的基础射流理论知识和难点,培养学生实践和创新能力。

关键词：纹影成像射流理论湍流实验教学

应用纹影成像突破教学困惑——以“流体压强与流速的关系”为例

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物理教学探讨 2023年第6期41卷 49-52页

作者：张振辉罗承汛钟仪皮飞鹏广州大学物理与材料科学学院广州510006

初中生处于具体思维向形象思维过渡的阶段,可视化作为培养学生形象思维的重要方法逐渐受到重视。针对目前“探究流体压强与流速的关系”实验中气体的流动难以直接观察的不足,创新性地采用纹影成像实现了气体流动现象的可视化,以期为实... 详细信息

初中生处于具体思维向形象思维过渡的阶段,可视化作为培养学生形象思维的重要方法逐渐受到重视。针对目前“探究流体压强与流速的关系”实验中气体的流动难以直接观察的不足,创新性地采用纹影成像实现了气体流动现象的可视化,以期为实验教学提供新思路,从而调动学生学习物理的积极性,帮助学生更有效地经历科学探究过程。

关键词：纹影成像可视化气体压强与流速的关系

非均匀介质驻波声场纹影法成像及其声速测量的改善

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实验室研究与探索 2020年第12期39卷 46-50页

作者：陈水桥程诗卓郭鹍陆子毅许熠辉浙江大学物理学系杭州310027 浙江大学竺可桢学院杭州310027

利用超声波驻波声场的声能量密度在空间呈周期分布的性质,结合纹影法,对空气介质中28 k Hz超声波形成的驻波声场进行成像,使得超声波驻波声场的某些特性可视化,进而更加精准测量其波长和声速值。用光线折射几何理论证明了光的不均匀性... 详细信息

利用超声波驻波声场的声能量密度在空间呈周期分布的性质,结合纹影法,对空气介质中28 k Hz超声波形成的驻波声场进行成像,使得超声波驻波声场的某些特性可视化,进而更加精准测量其波长和声速值。用光线折射几何理论证明了光的不均匀性所导致的光的折射和弯曲程度与x、y平面内各自折射率梯度成正比,并推导了光线的偏折角计算公式。为使图像更加形象可视,在MATLAB中先对纹影图像做灰度直方图均衡化,再进行灰度-颜色映射处理,得到了较好伪彩色纹影图,使实验数据测量更加便利。最后利用本文方法推导了声速测量公式,准确测量了速度值,并用数理方法分析了仪器系统的灵敏度。

关键词：光线偏折角声能量密度直方图均衡化驻波声场纹影成像声速测量

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面向喷涂技术的等离子射流特性研究

大连理工大学学报 2004年第1期44卷 76-79页

作者：徐文骥方建成王连吉周锦进马腾才大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 华侨大学机电及自动化学院福建泉州362011 大连理工大学三束材料改性国家重点实验室辽宁大连116024

结合纹影成像等测试技术和数值模拟技术,考察、记录和分析等离子喷涂过程中的现象与数据,揭示等离子射流动力学和热物理特性,研究上述特性对涂层质量的影响规律.结果表明,冷空气强烈卷入,导致射流温度、速度、浓度沿射流轴向和径向衰减... 详细信息

结合纹影成像等测试技术和数值模拟技术,考察、记录和分析等离子喷涂过程中的现象与数据,揭示等离子射流动力学和热物理特性,研究上述特性对涂层质量的影响规律.结果表明,冷空气强烈卷入,导致射流温度、速度、浓度沿射流轴向和径向衰减很快,有必要采取附加保护喷嘴等措施,减缓空气卷入对涂层质量造成的负面影响.所建模型可为提高等离子喷涂涂层质量提供有益的指导.

关键词：等离子射流等离子喷涂纹影成像数值模拟

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一种应用于水流的纹影特性光流测速算法

实验流体力学 2021年第5期35卷 81-89页

作者：黄天立王倩上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

本论文基于光流优化算法,发展了一种适用于水流的纹影特性光流测速算法。在存在密度梯度的条件下,纹影图像的亮度反映了流场折射率的一阶导数,结合纹影亮度方程和流体连续性方程推导了适用于水的物理约束条件,采用二阶散度–旋度正则化... 详细信息

本论文基于光流优化算法,发展了一种适用于水流的纹影特性光流测速算法。在存在密度梯度的条件下,纹影图像的亮度反映了流场折射率的一阶导数,结合纹影亮度方程和流体连续性方程推导了适用于水的物理约束条件,采用二阶散度–旋度正则化作为空间平滑约束条件,基于两个约束条件构建了能量方程,通过变分法对能量方程进行最小化求解获得速度场。以热羽流为例,使用该算法对浮力羽流纹影图像进行了计算,并与互相关算法和传统光流算法的结果进行了比较。结果显示:本研究提出的算法能更好地体现流动特性,得到更高的空间分辨率。该方法基于纹影图像,无需在流场中添加示踪粒子,对流场无干扰,具有结构简单、使用方便等优点。

关键词：纹影成像速度测量光流法变分法

基于纹影图像结构纹理分解的改进光流测速方法

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中国科技论文 2021年第11期16卷 1168-1173页

作者：魏振宇王倩上海交通大学中英国际低碳学院上海201306 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为解决图像噪声影响流场测速准确性的问题,对改进的纹影图像光流算法,提出了一种基于结构纹理分解的图像预处理方法。基于图像梯度全变分对纹影图像中的背景噪声做局部平滑处理,并重新提取流场的纹理和结构,改善输入图像的质量。通过设... 详细信息

为解决图像噪声影响流场测速准确性的问题,对改进的纹影图像光流算法,提出了一种基于结构纹理分解的图像预处理方法。基于图像梯度全变分对纹影图像中的背景噪声做局部平滑处理,并重新提取流场的纹理和结构,改善输入图像的质量。通过设置不同结构和纹理部分混合比例,结合速度云图和残差统计,讨论适用于纹影流场图像的比例范围。在纹影图像的基础上添加人工噪声,验证在高噪声条件下结构纹理分解可以有效避免由噪声干扰引起的计算错误,降低计算残差,增强所提方法的适用性。以气体燃料的点火过程为例,对不同时刻的火焰纹影图像进行计算,获得了合理的预测结果。

关键词：光流算法湍流测速纹影成像图像噪声

容积式受限空间油料泄漏挥发特性模拟实验研究

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西南大学学报（自然科学版） 2022年第6期44卷 209-221页

作者：李静野蒋新生李进余彬彬赵亚东中国人民解放军陆军勤务学院油料系重庆401331

为掌握油料在容积式受限空间内泄漏扩散的基本规律,分别从纹影成像、挥发特性、浓度分布3个方面研究了不同工况下汽油的挥发过程.结果表明:通过纹影系统可观测到油气在脱离液面后主要运动趋势为斜下方并伴随层流到湍流的转捩现象,系统... 详细信息

为掌握油料在容积式受限空间内泄漏扩散的基本规律,分别从纹影成像、挥发特性、浓度分布3个方面研究了不同工况下汽油的挥发过程.结果表明:通过纹影系统可观测到油气在脱离液面后主要运动趋势为斜下方并伴随层流到湍流的转捩现象,系统内的气流运动则会加强其湍流度并改变油气运动轨迹;汽油挥发全过程的前1/7时间平均挥发速度相对较高,且随着环境温度的升高挥发速率呈非线性增长;扩散面积的增加同样会导致挥发速率的提升,且扩散面积的增加幅度往往高于挥发速率的增加幅度.油气在空间内部的浓度分布规律与泄漏源的位置密切相关:若泄漏源位于地面处,则近地面区域的油气浓度随着时间变化可能会产生二次峰值现象;若泄漏源位于高处,则各区域油气浓度在形成峰值后的耗散速率更加缓慢.

关键词：容积式受限空间油气扩散纹影成像挥发速率浓度分布

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纹影特性测速算法修正及权重系数取值研究

中国科技论文 2020年第6期15卷 694-700页

作者：梅笑寒王倩王江涛孙永超孙明波朱家健上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

针对流场的纹影图像测速算法,提出数据守恒项的修正形式,讨论了由于权重系数取值不当产生的2种错误,并分析了其表现形式和产生的原因。对修正前后的算法进行了比较,计算结果表明修正后的算法局部残差减小、计算收敛性增强、更不容易发... 详细信息

针对流场的纹影图像测速算法,提出数据守恒项的修正形式,讨论了由于权重系数取值不当产生的2种错误,并分析了其表现形式和产生的原因。对修正前后的算法进行了比较,计算结果表明修正后的算法局部残差减小、计算收敛性增强、更不容易发生过度平滑。基于修正的算法,统计了不同权重系数取值对应计算结果的分布区间。将修正的算法应用于不同强度纵向声波扰动下的预混火焰流场纹影图像的速度场计算,发现火焰流场速度周期性波动的幅值随着扰动强度的增加而增加。

关键词：燃烧学图像测速纹影成像预混火焰

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利用纹影法测量气体的喷流速度

实验室研究与探索 2022年第1期41卷 28-32页

作者：张津硕刘丰琦柳鸿运刘升光李会杏大连理工大学基础物理国家级实验教学示范中心辽宁大连116024

通过自主设计搭建纹影系统和气流发生器,获取了非接触观测不同流量的气体喷流时的流场演化图像,实时展现了流场演化过程中的诸多细节,结合Tracker软件图像分析和COMSOL有限元模拟,定量测量了气体的喷流速度,研究了气体喷流时的动态演化... 详细信息

通过自主设计搭建纹影系统和气流发生器,获取了非接触观测不同流量的气体喷流时的流场演化图像,实时展现了流场演化过程中的诸多细节,结合Tracker软件图像分析和COMSOL有限元模拟,定量测量了气体的喷流速度,研究了气体喷流时的动态演化规律。研究结果发现,空气阻力对气体的喷流速度有较大的影响,在空气阻力的作用下喷流速度初始时刻会迅速衰减,随后缓慢减小并随时间演化出现一定的涨落;还发现气柱内压和空气阻力会导致气柱明显加宽,随着喷流速度的增加气柱加宽现象更加明显,进而阐明了实验结果与理想情况下理论计算存在差异,并且随着气体流量增加,这一差异更加明显的原因。

关键词：纹影成像喷流速度气流发生器