基于OpenGL的三维流动显示软件设计(2)
1.1.2 流场的光学诊断方法PIV 法：PIV 法是上世纪七十年代出现的一种激光流体力学的粒子图像测速法，它能够同时记录流场中多个点的速度信息以及流场的流动信息和空间结构特性。PIV 技术与流场不发生接触，只向流场内部发布示踪粒子而不对流场产生干扰，因此具有较高的精度，并成为流体力学的重要研究方向。但是由于用 PIV 方法进行流场测量时，其中流场速度测量主要依靠示踪粒子，因此对于示踪粒子要求比较高，示踪粒子尽量与流场粒子的比重一致，并且是质量分布均匀的尽可能小的球体和具有较高的光散射率。辐射测量法：辐射测量法是研究复杂温度场的重要方法，因为物体的黑体辐射只跟物体本身的温度有关。由黑体辐射定律可知通过测量流场的辐射能量可以确定流场的温度，所以辐射测量法不会对流场产生干扰，并且能够快速准确的反应流场的温度特性。因此在复杂温度场测量中得到了广泛的应用。D.R.Lovejoy是辐射测量法应用于实际的开创者[5]。此后越来越多的复杂温度场的诊断采用辐射诊断法。 国内对于辐射测量方法也进行了大量的实验研究，王建昕教授用辐射测量法来测量内燃机的温度场并且着力研究了内燃机工作燃烧时的温度场的可视化[6]。周怀春教授等人通过对化石燃料的火焰进行多光谱测量,同时实现了火焰温度和辐射特性信息的准确测量[7]。虽然诸多实验研究验证了辐射测量发的可靠性，但是它仍有许多的不足之处需要处理，如辐射测量法不能对流场内部流动情况进行动态显示，被测流场的辐射、反射误差会对温度场的测量造成影响[8]，材料发射率影响流场的真实温度[8]。所以辐射测量技术还有待于进一步的提升。
瑞利散射法：瑞利散射是一种弹性散射。其入射光子与被测流场粒子发生弹性碰撞，不发生粒子间的能量交换，其散射光子与流场粒子具有相同的频率特性，并且具有被测流场的相关信息，因此通过检测瑞利散射光子信息可以得到相关流场的粒子信息。所以瑞利散射法可以广泛的用于测量火焰，大气等复杂的流场。但是瑞利散射过程中往往存在杂散光的干扰为了解决这一问题 R.B.Miles和 W.R.Lempert将瑞利散射光通过滤波的方式成功的消除了杂散光的影响，并且有效地测量出了流场的密度分布[9]。OCT 法：光学层析法(Optical Computerized Tomography)分为 ECT 法（发射层析法）和TCT 法(透射层析法)。透射层析法主要包含干涉层析法，全息干涉层析法等，它将发射源与接收装置放置在被测流场的两侧,通过接收器接受多个方向携带被测流场信息的投影来重建被测流场。 干涉层析法是应用干涉原理。其投影图由一系列干涉条纹组成，由于干涉条纹记录的是图像的相位信息所以投影图像具有高分辨率和高灵敏度等特点[10]。 贺安之教授等人于 1988 年提出了 f-p 干涉法并成功的应用于温度场测试[11]。 周怀春等人建立了包含三个投影方向的剪切干涉CT 装置,并将其用于乙烯火焰的诊断[12]。全息干涉层析方法也就是将全息照相技术与干涉层析技术相结合,利用全息照相获得物体变形前后光波波阵面相互干涉所得到的干涉条纹图,然后以此分析物体的形变[13]。1948 年英国科学家 Dennis Gabor 首先提出了全息技术[14]。
在国内是度芳等人提出了空间相移全息CT 技术并诊断了双烛火火焰温度场[15]。高益庆使用全息干涉 CT 技术重建了三文折射率场,并计算了火焰场某一截面的温度分布并与热电偶测量的值进行了比较[16]。干涉层析法和全息干涉层析法都是通过干涉的方法来记录被测物体的相位信息，因此对于实验的环境要求非常的高，但是由于实验中震动和流场的折射率变化较大，很难得到完整的流场信息的干涉条纹图。所以干涉的方法不适合用于扰动较大的复杂流场的诊断[28]。发射层析法是将探测源放在被测场流场的内部,并且在被测流场的外部用光纤或者 CCD等接收器直接接受被测流场的辐射信息。 其中最著名的是2005年名古屋工业大学的Y.Ishino教授设计的由 40 个方向对“湍流预混火焰的火焰峰结构及传播速度检测”的 ECT 投影装置[17]。在此之后ECT 方法被广泛的应用于火焰、燃烧等流场的诊断和重建。经过后 人的不断地研究与改良,ECT 设备装置也越来越完善。