示踪粒子的应用

.,示踪粒子的应用,.,示踪粒子的应用,1.定义可见的粒子，跟随流体一起运动，通过这些粒子来观察流体的运动，把各种流动现象显示出来。,.,2.示踪粒子的特性研究1）跟随性示踪粒子跟随性与粒子密度，粒径和紊流的脉动频率密切相关。2）光学特性记录装置对粒子散射光强有最低值限制。它与粒径,示踪粒子的应用,.,通过两个性质的研究我们发现在选择粒子的时候不能只考虑粒子的一种性质，因为两者存在着一种矛盾，跟随性要求粒子越小越好，但光学特性又要求粒子不能太小，所以在选择示踪粒子的时候，要做一些详细的计算，多参考现有资料。在无接触测试中,为提高水中示踪粒子的跟随性和测试结果的可靠性,在测试系统的光学设备可辨识的条件下,选用粒子的粒度应尽量小。,示踪粒子的应用,.,3.示踪粒子的选择基本要求：1）跟随性好2）可见度高高质量的示踪粒子注意这几个方面：（1）比重要尽可能与实验流体相一致（2）足够小的尺度（3）形状要尽可能圆且大小分布尽可能均匀（4）有足够高的光散射效率。（5）示踪粒子不易沉淀和污染流场(6)颜色为不透明的浅色,白色或浅黄色更佳,对光的反射性强而均匀,示踪粒子的应用,.,流体跟随性较好、品质较高的固体示踪粒子,如花粉、镀银空心、玻璃球、荧光粒子、尼龙粒子和三氧化二铝粉等。然而,这些示踪粒子的价格普遍较为昂贵。这些粒子的制作工艺非常复杂,国内目前尚无制作微粒的技术。,示踪粒子的应用,.,4.粒子示踪流动显示的各种方法1)固态粒子示踪法固态示踪粒子：铝粉、聚笨乙烯小球、有机玻璃粉末等固态粒子示踪法与激光光源结合，可显示流体流动图像；再结合PIV技术还可定量测量流场中速度分布。,示踪粒子的应用,.,2)液态粒子示踪法液态示踪粒子：墨水、牛奶以及各种染料配制的染色液在流动显示中很清晰，又伴有各种颜色，是一种应用非常广泛的技术。,示踪粒子的应用,.,3)气态粒子示踪法水流中使用最多的是氢气泡，在气流中，采用彩色的氦气泡。,示踪粒子的应用,.,PIV原理简介,PIV通过在流场中投放示踪粒子,利用满足跟随性的粒子运动来表征当地流体的运动。使用二维片光光源照亮流场中某一被测区域粒子,通过连续两次或多次瞬间曝光对粒子进行成像,粒子的图像可记录在底片或CCD相机上,记录出粒子瞬间运动前后的图像,对图像上每一粒子像点进行运算就可得到整个被测区域内瞬时流场的速度分布。,.,PIV测量利用合适的示踪粒子运动来表征流场状况,示踪粒子的特性对PIV最终测量结果影响很大。一般要求：无毒、无腐蚀、无磨损、化学性质稳定、清洁等,.,三个基本要求：1）粒子对流体运动的跟随性好，以真实反应流体运动；2）粒子对光的散射特性好，以有利于摄影成像；3）粒子在流体中的分布和浓度大小要满足能获得全流场图像信息的要求。,.,液体流场中常用的示踪粒子,.,气体流场中常用的示踪粒子,.,.,.,.,.,激光多普勒测速原理,激光束射向流动着的粒子，粒子发出的散射光的频率改变了，通过光电装置测出频率的变化，就测得了粒子的速度，也就是流动的速度。,.,激光多普勒测速仪本质上是利用检测流体中和流体以同一速度运动的微小颗粒的散射光来测定流体速度的仪器，由此也带来一定的局限性。在测纯净的水或空气速度时，必须由人工掺入适当的粒子作散射中心。,.,LDV常用粒子,.,发射部分,.,接收部分,.,.,血液流动的研究血液流体力学推动了激光多普勒测速