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基于纹影法的声场可视化科普实验设计与研究

中学物理教学参考 2024年第13期53卷 67-70页

作者：徐慧高洁陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西西安710119

纹影法是一种利用流场介质折射率变化反映其密度分布的实用方法。基于纹影法实现声场及波动性可视化,利用纹影成像技术直观地显示声场的波形,并清晰展示声波的反射、衍射、干涉等实验现象,不仅能提高实验对教学内容的直观感受,增强学生... 详细信息

纹影法是一种利用流场介质折射率变化反映其密度分布的实用方法。基于纹影法实现声场及波动性可视化,利用纹影成像技术直观地显示声场的波形,并清晰展示声波的反射、衍射、干涉等实验现象,不仅能提高实验对教学内容的直观感受,增强学生对波的反射、衍射、干涉知识的深层理解,而且能激发学生对物理学的兴趣和探索欲,有利于培养学生自主学习的意识。

关键词：声场纹影法可视化科普实验

先进光学诊断技术在含能材料燃烧测试中的应用进展

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火炸药学报 2024年第1期47卷 1-16页

作者：王一平徐司雨姚二岗李恒张洋于瑾赵凤起西安近代化学研究所含能材料全国重点实验室陕西西安710065

依据不同光学原理,从光散射、光学发射与吸收和成像三方面综述了激光诱导荧光(LIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、粒子成像测速(PIV)、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、激光诱导击穿光谱(LIBS)、辐射法、遥感傅里叶变换红外光谱(RS... 详细信息

依据不同光学原理,从光散射、光学发射与吸收和成像三方面综述了激光诱导荧光(LIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、粒子成像测速(PIV)、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、激光诱导击穿光谱(LIBS)、辐射法、遥感傅里叶变换红外光谱(RS-FTIR)及纹影法等光学诊断技术测试原理及在含能材料燃烧测试中的应用进展;分析了光学诊断技术在燃烧测试中相比于其他传统接触式诊断方法的优越性和各类光学诊断方法的适用性、测量对象及优缺点;展望了微观燃烧产物、火焰温度、燃烧流场速度和火焰结构等测试技术在含能材料燃烧诊断中的发展前景;指出今后的工作应向多诊断方法相结合,发展多维度测量,从而获取更丰富多维的微观数据信息。附参考文献102篇。

关键词：物理化学含能材料燃烧光学诊断技术激光诱导荧光激光吸收光谱纹影法

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收缩管与拉瓦尔管在液体雾化中的对比研究

力学季刊 2024年第1期45卷 42-57页

作者：苏男梁俊凯朱勇铮赵冲严微微边鑫中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 浙江大学工程力学系浙江杭州310027 杭州时光机智能电子科技有限公司浙江杭州310018

为探究新型透皮给药方式中不同形状微管对雾化的影响,本文以收缩管和拉瓦尔管为对象展开研究.首先,我们使用相位多普勒粒子分析仪(Phase Doppler Particle Analyzer, PDPA)对经两类微管雾化后的液滴进行速度和粒径分布的测量.然后,为了... 详细信息

为探究新型透皮给药方式中不同形状微管对雾化的影响,本文以收缩管和拉瓦尔管为对象展开研究.首先,我们使用相位多普勒粒子分析仪(Phase Doppler Particle Analyzer, PDPA)对经两类微管雾化后的液滴进行速度和粒径分布的测量.然后,为了解管内流动情况,我们利用动态压强传感器对管内气体压强进行了测量,并利用纹影法对管内流动情况进行观察.最后,我们利用高速液滴对皮肤模型进行了喷射试验,其中使用亚甲基蓝和伊文思蓝作为染色试剂,新鲜猪耳作为喷射对象.PDPA实验表明,液滴经拉瓦尔管的雾化比经收缩管的雾化更充分.压强测量结果表明拉瓦尔管内存在激波,进而证明了管内发生过超声速.纹影实验更直观地表明在本研究关注的拉瓦尔管内,气体流动在扩张段形成的不是正激波,而是两道交错的斜激波.皮肤模型喷射实验结果表明雾化后高速液滴穿透了角质层,展示了微喷管在医美行业透皮给药中有潜在的应用价值.该工作为新颖透皮给药方式的进一步研究奠定了基础.

关键词：收缩管拉瓦尔管雾化 PDPA 纹影法

气体介质与脉冲参数对纳秒脉冲放电特性的影响

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燃烧科学与技术 2024年第2期30卷 187-195页

作者：钟郑涛陈韬何邦全赵华天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300072

在定容弹内研究了介质压力、介质成分以及纳秒脉冲电源所控制的4个脉冲参数(脉冲输出电压、脉冲宽度、脉冲次数、脉冲频率)对纳秒脉冲放电过程的影响.结果表明:介质压力上升,首个脉冲和首个击穿脉冲的电极释放电压均上升,高压维持数增加... 详细信息

在定容弹内研究了介质压力、介质成分以及纳秒脉冲电源所控制的4个脉冲参数(脉冲输出电压、脉冲宽度、脉冲次数、脉冲频率)对纳秒脉冲放电过程的影响.结果表明:介质压力上升,首个脉冲和首个击穿脉冲的电极释放电压均上升,高压维持数增加,首个击穿脉冲的放电能量上升.增大脉冲输出电压可以减少高压维持数,但不改变击穿电压.增大脉冲宽度同样不改变击穿电压,但明显提升了首个击穿脉冲的放电能量.改变容弹内介质中CO_(2)的浓度,首个脉冲和首个击穿脉冲的释放电压、放电能量、高压维持数均增加.升高脉冲频率增强了在不同环境条件下脉冲击穿能力,但不影响能量注入总量.在确保击穿的情况下,脉冲次数的增加则能显著增大脉冲注入的能量,增大粒子云团面积,有助于实际点燃过程.

关键词：纳秒脉冲放电等离子体纹影法放电介质

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冰面放电的纹影图像处理及折射率场重建方法

南方电网技术 2024年

作者：孟维胡建林王子甲邓鸿飞王文淞张翕叶明镜蒋兴良重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站广东电网有限责任公司电网环保重点实验室(广东电网有限责任公司电力科学研究院)

相比于电流、电压等传统测量方法，利用纹影技术拍摄得到的冰面局部电弧等放电的图像更加直观，其图像处理和折射率场重建是定量分析放电的几何尺寸、密度、粒子分布等物理特性的基础。本文从放电通道的光偏折特性出发，介绍了利用纹影... 详细信息

相比于电流、电压等传统测量方法，利用纹影技术拍摄得到的冰面局部电弧等放电的图像更加直观，其图像处理和折射率场重建是定量分析放电的几何尺寸、密度、粒子分布等物理特性的基础。本文从放电通道的光偏折特性出发，介绍了利用纹影成像技术测量放电通道的原理；提出了一套覆冰表面放电通道的图像处理和折射率场数值重建方法，通过数值实验验证了算法准确性。实测结果表明本文；设计的纹影系统空间分辨率10～100 μm/像素可调、时间分辨率1～38.45 μs可调；提出的折射率场重建算法具有较高精度，能够有效得到冰面局部电弧形成过程中各个放电阶段的折射率场。

关键词：纹影法放电通道成像折射率场重建冰面放电

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采用干涉条纹纹影法的轴对称温度场测量

光学精密工程 2023年第2期31卷 150-159页

作者：吴军宋丰成潘智祥张琛萍郭润夏张晓瑜中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

温度场作为一种状态监测参数,在大型工业装备状态监测领域有着广泛应用,纹影法作为一种流场可视化方法,是进行空间温度场测量的有效手段。传统纹影法一般通过直接测量光线偏折角重构空间折射率场,进而解算温度场,然而光线偏折角一般非... 详细信息

温度场作为一种状态监测参数,在大型工业装备状态监测领域有着广泛应用,纹影法作为一种流场可视化方法,是进行空间温度场测量的有效手段。传统纹影法一般通过直接测量光线偏折角重构空间折射率场,进而解算温度场,然而光线偏折角一般非常微小,直接测量会产生较大的测量误差。因此,本文提出一种采用干涉条纹的纹影偏折角放大方法,从而提高空间温度场重构精度。首先,测量激光通过双缝后将形成干涉条纹以代替传统背景纹影法的随机散斑图案;接着,通过视觉的方法测量干涉条纹穿越非均匀温度空间后所产生的条纹偏移,并基于该偏移量解算光线偏折角;然后,通过阿贝尔逆变换的方法解算空间折射率场的分布情况,进而获取空间温度场,最后,通过仿真与实验对本文所提方法的有效性及测量精度进而了验证。实验结果表明:与传统的背景纹影法相比,温度场重构误差下降约30%。本文所提的干涉条纹纹影法可有效提高纹影测量精度,拓展纹影温度测量的应用范围。

关键词：纹影法轴对称温度场干涉条纹激光诊断

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纹影法演示声波的干涉

物理教师 2023年第6期44卷 48-50页

作者：钟良帅蒋文文王烨丽无锡市第三高级中学江苏无锡214028 无锡市西漳中学江苏无锡214171

传统方法利用发波水槽装置演示水波的干涉现象,对于机械波干涉现象的演示较为单一,仅演示了横波的干涉衍射现象.本文利用纹影法将原本难以理解的纵波干涉现象直观可视化地展示在学生面前,突破了教材中没有声波干涉演示实验的局限性,丰... 详细信息

传统方法利用发波水槽装置演示水波的干涉现象,对于机械波干涉现象的演示较为单一,仅演示了横波的干涉衍射现象.本文利用纹影法将原本难以理解的纵波干涉现象直观可视化地展示在学生面前,突破了教材中没有声波干涉演示实验的局限性,丰富了教材上对声波干涉现象的实例展示.该实验有利于降低教学难度,提升学生对波的干涉衍射规律的认识和理解,促进学生物理核心素养的形成.

关键词：波的干涉纹影法创新实验自制教具

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蜡烛火焰振荡行为的实验探究

物理与工程 2024年第1期34卷 137-142页

作者：张杰张晨徐术皓于一真王新刚陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西西安710119

燃烧的火焰在一定条件下会呈现出时间上的周期振荡行为,但人们对其背后的动力学机制一直不是很清楚。本文首先利用纹影法对蜡烛的火焰振荡行为进行了实验研究,发现随着火焰尺寸的增加火焰首先从平稳燃烧变为振荡燃烧,之后火焰的振荡频... 详细信息

燃烧的火焰在一定条件下会呈现出时间上的周期振荡行为,但人们对其背后的动力学机制一直不是很清楚。本文首先利用纹影法对蜡烛的火焰振荡行为进行了实验研究,发现随着火焰尺寸的增加火焰首先从平稳燃烧变为振荡燃烧,之后火焰的振荡频率会逐渐降低。通过简化的燃烧动力学模型,文中进一步对蜡烛火焰的振荡行为进行了数值和理论分析,发现火焰的振荡频率密切依赖于燃料的供应速率和火焰的体积。随着燃料供应速率和火焰体积的增大,火焰首先经历了一次霍普夫分岔进而从平稳燃烧变为振荡燃烧,之后火焰的振荡频率逐渐降低。理论分析结果与实验结论定性吻合。

关键词：火焰燃烧周期振荡霍普夫分岔纹影法

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稳定阴燃过程烟气流动的纹影分析

山东理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期38卷 62-66页

作者：于光鑫闸建文赵文涛李舒琪何芳山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255049 山东理工大学学术期刊编辑部山东淄博255049

阴燃中烟气流动和氧气扩散是影响传播速度和温度场的关键,目前少有报道。本研究搭建了单镜离轴纹影系统,对不同直径(3、4、5 mm)和不同种类(生物质、炭)棒状燃料的阴燃烟气流动进行了纹影观察和图像记录分析。结果表明:与视觉下模糊的... 详细信息

阴燃中烟气流动和氧气扩散是影响传播速度和温度场的关键,目前少有报道。本研究搭建了单镜离轴纹影系统,对不同直径(3、4、5 mm)和不同种类(生物质、炭)棒状燃料的阴燃烟气流动进行了纹影观察和图像记录分析。结果表明:与视觉下模糊的生物质阴燃烟气图像及不可见的炭棒阴燃烟气图像相比,两者的纹影图像较为清晰;纹影图像显示,在稳定阴燃过程棒状燃料周围的烟气流动为层流;相比于生物质棒,炭棒烟气流动的纹影图像更加明显,这可能是由于其CO_(2)浓度更高的原因;生物质棒阴燃最大烟气直径约为其直径的2倍,炭棒最大烟气直径约为其直径的3倍。

关键词：纹影法稳定阴燃烟气流动图像