【正文】 另外也感謝我的家人，他們的理解和支持使我能夠在學(xué)校專心完成我的學(xué)業(yè)。王老師的熱心幫助和積極督促讓我能夠順利的完成論文，也讓我了解到王老師作為一位研究人員應(yīng)有的博學(xué)知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。詳細(xì)分析并建立了該圖像處理技術(shù)的數(shù)學(xué)模型。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 28 頁 共 32 頁 總結(jié) 本文提出了一種可用于微細(xì)尺度對流換熱溫度場測量的傅立葉變換莫爾偏折技術(shù)，為微細(xì)尺度傳熱的實驗研究提供了一條切實可行的技術(shù)途徑。 2 6 13 19 12 5 1 3 由表 Y=125 時 h（ x,y）曲線，相關(guān)程序如圖 圖 h(x,y)的程序 用上訴程序得到的擬合曲線如圖 ，這樣就可以得到大致的相位變化曲線),( yxh ，雖然這個相位變化曲線 ),( yxh 與真實圖像之間還有區(qū)別，但是經(jīng)過擬合，可以以曲線圖像更直觀的看到相位的變化， 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 26 頁 共 32 頁 圖 h(x,y)曲線 得到 h(x,y)曲線后，由式 216和式 217得到偏折角 ? ?yxy ,? 曲線如圖 . 圖 偏折角與相位偏移的關(guān)系 由第二章中的公式 RPnKMT 1?? （ 25）， dzynndzxnnLyLx????????0011?? （ 26）即可由偏折角曲線 ? ?yxy ,? 推出溫度場 T(x,y)圖 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 共 32 頁 圖 待測區(qū)域溫度場 圖 617k,這是待測溫度場中最高溫度，可大致認(rèn)為這就是放入的高溫銅絲的溫度， 小結(jié) 本章先介紹實驗系統(tǒng)圖且對其工作原理做了簡單介紹。 圖 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 24 頁 共 32 頁 由圖 和圖 Y=125 時，莫爾條紋的相位變化最大，所以把圖 讀入 MATLAB，并取 Y=125 可得到這一條直線上的的光強(qiáng)分布圖如圖 。利用 CCD 采集前后的圖樣，經(jīng)過圖像處理就可以簡單得到條紋的相位變化曲線 ),( yx? ，再由第二章提到的推導(dǎo)過程就可以得到待測區(qū)域溫度的變化 ),( yxT ，從而測得物體的溫度。表明莫爾偏折法對光線偏折角具有很好的放大作用，也證明了莫爾偏折法測量流體溫度場的可行性。*,39。 0 的復(fù)角。0?? ?? （ 228） 令 ? ? ? ? ? ?yxyxyx , 0??? ??? ， ? ?yx,?? 才是實驗中能反映光線偏折角 ? ?yxy ,? 的相位分布。Imt an, ?? ?? (225) 在光線不通過待測介質(zhì)，沒有受到擾動時，形成的莫爾條紋存在著一個初始相位值 ? ?yx,0? ，因此在計算由流場變化引起的真實相位變化時，應(yīng)將光線通過流場擾動后的相位 ? ?yx,? 減去沒有通過流場擾動時的初始相位 ? ?yx,0? ,以得到流場對光線擾動引起的莫爾條紋相位的變化。Re 39。 如前所述， ? ?yxa , , ? ?yxb , , ? ?yx,? 對條紋空間分布的影響均小于 f0對條 紋的調(diào)制，所以 (221)式所表征的傅立葉頻譜將有三個頻帶? ?yfA , , ? ?yffC ,0? , ? ?yffC ,0? 如圖所示。本文采用對莫爾條紋強(qiáng)度分布傅立葉變換的方法來獲取條紋的相位信息。莫爾偏折法測量微細(xì)尺度對流換熱流體溫度場的數(shù)據(jù)處理過程框圖如圖 28所示。 而條紋位移量 h ( x,y)和條紋的相位變化 ? ?yx,?? 之間的關(guān)系為 ? ? ? ?yxhpyx ,39。 （ 214） 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 17 頁 共 32 頁 考慮到 12/ ??? ，上式簡化為 ?? lpdx y ??39。 如果光線穿過被測介質(zhì)后通過光柵，由于光線的偏折會使莫爾條紋產(chǎn)生位移。 在 x y平面內(nèi)，光柵 G1,G2與 x軸交角分別為 +θ /2 和 θ /2。從（ 2－ 10）式可知條紋 間距為 ?pp?39。在一級亮紋 上取一點 ( x ,y)，為了討論的方便，以對莫爾條紋的形成進(jìn)行細(xì)致分析，被討論區(qū)域放大圖如圖 22所示。光學(xué)偏折法測溫就是通過光線在非均勻場中的偏折角的測量而獲得折射率場，進(jìn)而得到溫度場的。 非均勻介質(zhì)中光線的傳播 利用光線傳播的費馬 (Fermat)原理可知，光線通過穩(wěn)定的非均勻折射率場時光線的傳播方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 氣體，折射率 n 接近于 1，羅倫茨－羅倫茲關(guān)系式可以簡化為格拉德斯通－戴爾（ Gladstone－ Dale）公式，簡稱 G－ D 公式，即 Kn ?? ?/)1( （ 22） 其中 K 為格拉德斯通－戴爾常數(shù)，簡稱 G－ D 常數(shù)。為了將云紋干涉法實驗技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電廠主蒸汽管清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 32 頁 道的蠕變監(jiān)測，鄒大慶等人提出并實現(xiàn)了曲面變形柵復(fù)制技術(shù)，但為工程單位提供了有價值的實驗研究結(jié)果，而且同時也實現(xiàn)了高溫云紋干涉法實驗技術(shù)對于曲面的變形問題的研究，拓寬了高溫云紋干涉法的應(yīng)用范圍。 、 等繼續(xù)發(fā)展了高溫柵復(fù)制技術(shù)，成功地研究了炭 /環(huán)氧纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板的固化殘余應(yīng)變 (125℃ )，隨后又成功地研究了新型炭 /環(huán)氧纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板的固化殘余應(yīng)變 (185℃ )。為了解決陶瓷材料的熱沖擊斷裂和航空發(fā)動機(jī)葉片殘余變形測量以及材料在強(qiáng)激光輻照下的變形測試等新問題，又促使高溫柵向更高的溫度發(fā)展，出現(xiàn)了干法濕法刻蝕金屬和陶瓷材料基體的零厚度光柵 (1100℃ )，并對進(jìn)一步認(rèn)識材料的斷裂破壞機(jī)理作出了貢獻(xiàn)，也使得高溫云紋干涉法實驗技術(shù)中的高溫柵得到更進(jìn)一步的發(fā)展。 在云紋干涉法技術(shù)中，高溫柵技術(shù)的發(fā)展最早從 550℃的硅橡膠柵開始的，這一耐高溫光柵的應(yīng)用不僅發(fā)展了高溫云紋干涉法實驗技術(shù)，而且將 高溫云紋干涉法實驗技術(shù)的應(yīng)用研究帶入了一個新的領(lǐng)域，即高溫細(xì)觀斷裂力學(xué)的研究領(lǐng)域，它成功地揭示了材料高溫斷裂力學(xué)的一部分特征。 1974 年 提出了使用電解光刻腐蝕法制作高溫柵的工藝，使高溫位相粗柵的質(zhì)量有所提高。在現(xiàn)代光測力學(xué)中，云紋法在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用使于六十年代。云紋光柵的制作途徑通常有機(jī)刻和光刻兩種。該光路系統(tǒng)的光學(xué)元件和試件之間有一定的距離，可以用于處于復(fù)雜環(huán)境中 (如高溫環(huán)境 )的試件變形測量。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 32 頁 圖 光柵分光光路系統(tǒng) 在圖 ，準(zhǔn)直激光束垂直入射到一個高頻正交云紋光柵的表面，在互相垂直的光柵方向產(chǎn)生對稱的士 l級衍射光，利用四個反射鏡將這四束衍射光反射到試件表 面，這樣即可同時測量 U、 V變形位移場。它的缺點與圖 ，三反鏡必須靠近試件，這在特殊的測試條件下有時是不可能的 。 雙光束光路系統(tǒng) 圖 是云紋干涉法最基本的雙光束光路，具有光學(xué)元件少、操作簡單等特點。 )(41)(2121212121xNyNfxvyuyNfyNfyuxNfxNfxuyxsxyysysyxsxsx????????????????????????????????? （ 19） 其中 sf 為試件柵頻率， xN ， yN 分別為 u場和 v 場位移條紋級數(shù)。 z方向的位移 w對光強(qiáng)分布的影響被消除。139。139。1 39。和 B39。 當(dāng)試件受力變形后，平面光波 A39。均為平面光波。 圖 云紋干涉法的波前干涉原理圖 如圖 所示，當(dāng)兩束相干準(zhǔn)直光 A、 B以入射角 )arcsin( sf?? ? (? 為光波波長， fs 為試件柵頻率 )對稱入射試件柵時，則將獲得沿試件表面法向傳播光波A的正一級衍射光波 A39。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 32 頁 基于空間虛柵概念的解釋 最常見的云紋干涉法光路是由云紋干涉法的創(chuàng)始人 倡導(dǎo)的雙光束對稱入射試件柵光路，如圖 所示。 本文主要工作著重于云紋干涉法測流體溫度場， 理解 莫爾條紋的形成原理和莫爾條紋干涉法測量溫度的原理 后，對比不同的云紋干涉法應(yīng)用實例，選擇 了激光云紋法實驗裝置，對云紋干涉法測流體溫度場的理論進(jìn)行了仿真說明。由于云紋干涉法的上述優(yōu)點，它己經(jīng)受到了廣大實驗力學(xué)工作者的日益重視，并被譽為八十年代以來實驗力學(xué)領(lǐng)域中的最重要發(fā)展。 Deflectometry. The small phase variation in moir233。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 II 頁 共 III 頁 Abstract Optical flow visualization and measurement is one of the interesting fields in the experimental researches of heat transfer, especially in the field of mini/micro scale heat transfer. An optical method, Fourier Transform Moir233。 最后，本文進(jìn)行了實驗驗證，利用傅立葉變換莫爾偏折法測量了豎直加熱細(xì)絲自然對流溫度場。本文針對微細(xì)尺度對流換熱溫度場的特點，提出了一種可用于微細(xì)尺度對流換熱溫度場測量的傅立葉變換莫爾偏折法。 提高莫爾偏折法的測量靈敏度，是解決微細(xì)尺度對流換熱溫度場測量的關(guān)鍵。實驗中不僅順利地探測到了細(xì)絲加熱前后莫爾條紋的變化，還得到了細(xì)絲周圍流場的溫度分布。 Deflectometry, applicable to mini/mic