基于纹影法的温度场分布测量技术研究

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1、―密级无分类号ＴＢ９４２Ａ＿京Ｘ＇ＩＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：基于纹影法的温度场分布测量技术研究作者：胡锐指导教师：王伟教授申请学位学科：光学工程２０１８年５月２２日密级无分类号TB942XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:基于纹影法的温度场分布测量技术研究作者：胡锐指导教师：王伟教授申请学位学科：光学工程2018年05月22日基于纹影法的温度场分布测量技术研究学科：光学工程研究

2、生签字：指导教师签字：摘要本文主要介绍了纹影定量测量技术的基本原理和测量方法，详细论述了该技术在火焰燃烧和温度测量领域内的应用，并着重分析了纹影技术在温度场定量测量方法上的难点和重点。提出了一种新颖的定量测量方法用于重建火焰温度场，并针对酒精灯火焰所产生的温度场进行了详细的研究。为了重建温度场，本文将传统纹影定量测量方法与Abel逆变换、定标纹影法相结合，设计了一种简单快捷的温度场定量测量方法，该定量测量方法的难点在于求取光线通过不均匀温度场时发生的偏折角。针对该难点，本文采用定标纹影法将光线偏折角与纹影图像灰度值之间的关

3、系绘制成标定曲线，通过标定曲线求取光线偏折角，然后利用Abel逆变换求取某一截面上的折射率分布，再根据Gladstone-Dale定律和气体状态方程来计算出该截面上的温度场分布，最后将纹影系统测定的温度值与热电偶测量值进行对比，温度场分布符合实际分布情况。针对纹影定量测量系统高灵敏度的测量需求，对纹影系统的光源进行了优化设计，增加聚光透镜，提高光源的均匀性，减小了杂散光对纹影图像成像质量的影响。同时还对纹影系统的主透镜进行了优化设计，减小了主透镜的球差和色散，提高了空间分辨率。在光学平台上搭建了透射式纹影系统，并结合所提出

4、的温度定量测量算法对酒精灯火焰产生的温度场进行测量实验，将纹影系统的测量结果与热电偶测量值进行比较。实验结果表明：在室温为20℃时，采用纹影定量测量技术对温度场进行测量的测量精度小于5%，实验结果满足需求。本论文的研究内容对流场定量测量有一定的参考价值。关键词：纹影技术；Abel逆变换；定量测量；温度场分布；定标纹影法ResearchonMeasurementofTemperatureFieldDistributionBasedonSchlierenMethodDiscipline:OpticalEngineeringSt

5、udentSignature:SupervisorSignature:AbstractInthispaper,themeasuringprincipleandmethodofschlierenquantitativemeasurementtechnologyaremainlyintroduced.Meanwhile,applicationofthistechnologyinthefieldofflamecombustionandtemperaturemeasurementisdiscussedindetail.Thispa

6、peralsoanalysesthedifficultiesandkeypointsofschlierentechnologyinquantitativemeasurement.Anovelquantitativemeasurementmethodisproposedtoreconstructthetemperaturefieldoftheflame,andthestudyofthetemperaturefieldgeneratedbyalcohollampflameisdiscussedinthispaper.Inord

7、ertoreconstructthefieldoftemperature,thetraditionalschlierenquantitativemeasurementmethodiscombinedwiththeAbelinversionandthecalibrationschlierenmethod.Anuncomplicatedmethodforquantitativemeasurementoftemperaturefieldisdesigned,andthedifficultyofthemethodistoobtai

8、nthedeflectionanglewhenthelightpassesthroughthenonuniformtemperaturefield.Focusingonthisproblem,acalibrationcurveismadebyusingthecalibrationschlierenmet