[发明专利]一种浓度场-密度场同步测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种浓度场‑密度场同步测量系统及方法。所述浓度场‑密度场同步测量系统包括：光源、透明装置、第一滤光片、第二滤光片、第一成像装置、第二成像装置、斑点靶板和数据采集处理系统；透明装置设置在所述光源的输出光路上，斑点靶板设置在透明装置的输出光路上，待测流体物理场中设置有荧光剂；第一滤光片设置在第一成像装置的镜头前；第二滤光片设置在第二成像装置的镜头前；数据采集处理系统分别与第一成像装置和第二成像装置连接，数据采集处理系统得到待测流体物理场的密度场和待测流体物理场的浓度场。本发明实现了对浓度场和密度场同步测量，降低了测量成本。

技术领域

本发明涉及流体物理场参数测量领域，特别是涉及一种浓度场-密度场同步测量系统及方法。

背景技术

混合工质广泛存在于能源动力、石油化工、食品材料、生物医学等技术领域。在空调和热泵循环系统中，采用混合工质是降低系统运行压力、改善循环特性的有效途径；在有机朗肯循环及布雷顿循环等动力循环系统中，采用混合工质是改变工质临界参数，从而提高系统循环效率的重要技术手段。在油、气、地热开采过程中，以及食品、香料、医药、生物工程和化工领域的萃取、分离技术中涉及混合工质的流动传热过程，准确获得传热过程中各物理场参数的时空分布特性及演变规律，是揭示混合工质流动传热机理、发展精确湍流输运模型的重要基础。

现有的关于各物理场参数的测量技术主要针对于单一物理场参数的测量，如采用粒子图像测速(Particle image velocimetry，PIV)技术测量流体的速度场，采用激光诱导荧光(Planner Laser Induced Fluorescence，PLIF)技术测量流体的浓度场或温度场分布，或采用背影纹影(Background Orientend Schlieren，BOS)技术测量密度场分布特性。浓度场和密度场是揭示混合工质流动传热机制的关键流场参数，而同步获得浓度场和密度场分布特性则更有助于对流动传热机制的深入理解，但目前对于浓度场-密度场同步测量技术还鲜有报道，亟需开展专门研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种浓度场-密度场同步测量系统及方法，以实现对浓度场和密度场的同步测量，为混合工质流动传热机制的深入揭示提供有效技术手段及方法，同时降低了测量成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种浓度场-密度场同步测量系统，包括：光源、透明装置、第一滤光片、第二滤光片、第一成像装置、第二成像装置、斑点靶板和数据采集处理系统；

所述斑点靶板为带有斑点的板子；所述光源用于发出第一设定波长的激光；所述透明装置设置在所述光源的输出光路上，所述透明装置用于通入待测流体，形成待测流体物理场；所述斑点靶板设置在所述透明装置的输出光路上，所述斑点靶板用于根据第一光束生成第一斑点激光，以及根据第二光束生成第二斑点激光；所述第一光束为未通入待测流体的透明装置透过的激光，所述第二光束为通入待测流体后的透明装置透过的激光；所述待测流体物理场中设置有荧光剂；所述荧光剂用于根据所述光源发出的激光生成第二设定波长的荧光；所述第一滤光片和所述第二滤光片均设置在所述透明装置的出射光路上；所述第一滤光片的波长为所述第一设定波长，所述第二滤光片的波长为所述第二设定波长；所述第一滤光片设置在所述第一成像装置的镜头前；所述第一滤光片用于透过所述第一斑点激光和第二斑点激光；所述第二滤光片设置在所述第二成像装置的镜头前，所述第二滤光片用于透过所述荧光；所述第一成像装置用于拍摄所述第一斑点激光，以生成第一斑点激光图像，所述第一成像装置还用于拍摄第二斑点激光，以生成第二斑点激光图像；所述第二成像装置用于拍摄所述荧光，以生成荧光图像；所述数据采集处理系统分别与所述第一成像装置和所述第二成像装置连接，所述数据采集处理系统用于根据所述第一斑点激光图像和所述第二斑点激光图像得到所述待测流体物理场的密度场，以及根据所述荧光图像得到所述待测流体物理场的浓度场。