[发明专利]一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置与方法，装置由待测量床体、X光成像系统、红外热成像系统、全光场成像系统和数据处理系统组成。通过在气固两相主流场中，以极性粒子作为一股射流气流的示踪粒子，造影颗粒作为另一股射流气流的示踪粒子，荧光粒子作为主流中的固相颗粒，基于示踪粒子不同的光学特性，采用红外热成像仪捕捉极性粒子发出的红外光线，X光检测器探测经造影颗粒衰减后的X光线，在此基础上，通过数字减影手段去除光场相机影像中的示踪粒子影像，极大地提高了图像处理的准确度，实现了同步测量不同射流示踪粒子和固相颗粒的空间分布。

技术领域

本发明属于多相流动参数测量技术领域，具体涉及一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置与方法。

技术背景

气固两相主流中多射流的相互作用是工程设备中的常见现象，研究多射流的相互作用过程，深入探索射流相互作用机理，对于优化设计和合理操作工程设备具有重要意义。

目前对多射流相互作用规律的研究主要集中于实验方面。在实验测量中，通常采用PIV流场测量方法，但该方法由于测量原理的限制，只能测量单相流场的速度分布，无法同时测量气气两股或多股射流相互作用过程的流动特性。近几年，一些研究者也发展了一些新的测量方法，如将两相粒子呈现在同一底片上，然后采用亮度分辨法、粒度分辨法、空间频率分辨法、形状分辨法等对两相粒子图像进行分离后再进行单相运算。这些方法主要是基于后处理图像分析，通过相关性分析分离两种粒子的影像，由于本身两种颗粒具有相似的示踪粒子特性(低密度、小粒径)和光学散射特性，很难通过后处理区分所有的粒子，因为即使示踪粒子在测试前被经过改性处理，测量光源也很难形成稳定统一的光源强度，这就会使不同示踪粒子有可能在图像上呈现一致的亮度，从而带来图像分析引起的误差。

如果这些示踪粒子能主动或被动激发出不同的光线，如红外光线、X光线等，然后采用不同的光学器件分别捕捉这些颗粒的运动轨迹，如红外热成像仪捕捉红外光线、X光检测器捕获X光等，对不同的粒子进行独立显示，这将是一种全新的测量思路，本发明专利就是基于这种思路发展起来的。

发明内容

发明目的：本发明针对气固流场中多射流相互作用时，常规方法难以同时展现多股射流与气固主流的流场问题，提供了一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置与方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明提供了一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，所述的多射流作用流场显示装置包括待测量床体、红外热成像系统、X光成像系统、全光场成像系统和数据处理系统；

所述待测量床体由依次相连通的主流入口、加料段、锥段、整流器、流通段和旋风分离器组成，所述加料段的上方设置有加料器，所述流通段的两侧分别设置有射流管A和射流管B；

所述红外热成像系统包括极性粒子、加热部分和红外成像部分组成，所述红外热成像系统的加热部分放置在待测量床体流通段射流管A或射流管B所在侧，红外热成像系统的成像部分放置在待测量床体流通段的上侧；

所述X光成像系统包括造影粒子、发光部分和接收部分，所述发光部分和接收部分分别放置在待测量床体流通段的两侧；

所述全光场成像系统包括固相颗粒、光源部分和光学成像部分，所述光源部分放置在待测量床体流通段射流管一侧，成像部分放置在待测量床体流通段的上侧；

所述数据处理系统分别与红外热成像系统、X光成像系统和全光场成像系统的成像部分相连，所述数据处理系统通过图像处理获得不同时刻和不同操作参数下极性粒子、造影粒子和固相颗粒的空间分布。