云紋干涉法測量流體溫度場的畢業(yè)設(shè)計說明書-展示頁
2024-08-16 18:41本頁面
【正文】 ransfer.Key words: Mini/micro scale heat transfer, Moir233。 fringes’ generation. Based on the investigation, it is pointed out how to select appropriate optical parameters to measure the teperature of mini/micro scale fluid. To verify the optical method, temperature distribution for natural convection around a vertical heated thin wire was measured by Fourier Transform Moir233。 Deflectometry, applicable to mini/micro scale heat transfer, is proposed in this paper. In this paper, the researches are focused on the improvement of measurement sensitivity, so as to meet the needs of measurement for mini/micro scale fluid temperature distribution. Three approaches are presented. physical and mathematical models of Moir233。關(guān)鍵詞：微細尺度傳熱學，莫爾偏折法，傅立葉變換，溫度場測量。實驗中不僅順利地探測到了細絲加熱前后莫爾條紋的變化，還得到了細絲周圍流場的溫度分布。研究了利用莫爾偏折法測量微細尺度對流換熱流體溫度場的基本原理，建立了該方法的幾何光學和物理光學模型，分析并掌握了莫爾條紋的形成規(guī)律，討論了實驗裝置中光學參數(shù)對莫爾偏折法測量溫度的影響，提出了探測微細尺度熱流場對光學參數(shù)的要求。提高莫爾偏折法的測量靈敏度，是解決微細尺度對流換熱溫度場測量的關(guān)鍵。清華大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書云紋干涉法測量流體溫度場的畢業(yè)設(shè)計說明書摘 要微細尺度對流換熱溫度場的光學測量技術(shù)是微細尺度傳熱學研究領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，它可以為微細尺度傳熱學的實驗研究提供有效的技術(shù)途徑。本文針對微細尺度對流換熱溫度場的特點，提出了一種可用于微細尺度對流換熱溫度場測量的傅立葉變換莫爾偏折法。本文研究并探索了提高測量靈敏度的三個技術(shù)途徑。最后，本文進行了實驗驗證，利用傅立葉變換莫爾偏折法測量了豎直加熱細絲自然對流溫度場。實驗驗證表明，本文所提出的測量微細尺度對流換熱溫度場的傅立葉變換莫爾偏折法是可行的，所提出的提高微細尺度流場測量靈敏度的三種技術(shù)途徑也是有效的，它將對微細尺度傳熱學的研究提供一種有效的實驗方法。AbstractOptical 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。 Deflectometry are investigated to make clear the rule of Moir233。 Deflectometry. The small phase variation in moir233。 Deflectometry, Fourier transform, Temperature measurement目 錄1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況 1 1 云紋干涉法的基本原理 1 2 3 5 5 5 6 7 9 112 莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理 12－戴爾（GladstoneDale）公式 12 13 13 18 213 基于MATLAB的圖像仿真得到相位的移動 22 22 22 總結(jié) 27總結(jié) 28參考文獻 29致 謝 32第IV頁 共III頁清華大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況近二十年來，由于激光技術(shù)和近代光學和計算機技術(shù)的發(fā)展和推動及其在實驗力學領(lǐng)域中的應(yīng)用，產(chǎn)生了以全息干涉法、散斑干涉法、云紋干涉法和數(shù)字圖象處理為主要研究和應(yīng)用內(nèi)容的“現(xiàn)代光測力學新領(lǐng)域”。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工作者的日益重視，并被譽為八十年代以來實驗力學領(lǐng)域中的最重要發(fā)展。近十幾年以來，云紋干涉法的嚴格理論基礎(chǔ)得到建立，光柵的制作技術(shù)也己經(jīng)成熟。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行了仿真說明。前者借助了幾何云紋法的基本思想，給云紋干涉法以簡單描述。但該解釋并沒有揭示云紋干涉法的物理本質(zhì)，不僅不能正確解釋實驗中的某些重要現(xiàn)象，而且也約束了該方法的進一步發(fā)展。 ，當兩束相干準直光A、B以入射角(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。當試件未受力時，A39。均為平面光波。 當試件受力變形后，平面光波A39。變?yōu)楹驮嚰砻嫖灰朴嘘P(guān)的翹曲波前，其位相也將發(fā)生相應(yīng)的變化，翹曲波前A39。和B39?？杀硎緸? （13）其中，分別為變形引起的正負一級衍射光波的位相變化，它們與試件表面x方向的位移u和z方向的位移w有如下關(guān)系: （14） 正負一級衍射光波通過成像系統(tǒng)后，在照相底版平面上發(fā)生干涉，底版所記錄的光強分布為: （15）其中為常數(shù)。z方向的位移w對光強分布的影響被消除。類似地，采用y方向?qū)ΨQ入射的雙光束光路可以獲得y方向面內(nèi)位移v的表達式 （18）到此，我們得到了云紋干涉法位移與條紋級數(shù)之間關(guān)系的全部表達式。 （19）其中為試件柵頻率，分別為u場和v場位移條紋級數(shù)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，云紋干涉法的光路系統(tǒng)不斷優(yōu)化發(fā)展，有些已經(jīng)儀器化。 ，具有光學元件少、操作簡單等特點。在某些特殊情況下(如試件處于高溫環(huán)境)，反射鏡不可能靠近試件，則不能使用該光路。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。該光路可以同時測量雙方向位移場，而且光學元件與試件有一定距離，可以用于高溫等復(fù)雜條
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