CN108444672A - 一种真空气流可视化装置 - Google Patents

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孔少玉
陈诗敏
田灿鑫
梁枫
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    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
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Abstract

本发明公开一种真空气流可视化装置，包括LED灯、密封玻璃罩、刀口和相机，密封玻璃罩上设置第一凸透镜和第二凸透镜，装置工作时，微型真空泵将玻璃密封罩内抽真空，LED灯发出的光经过第一凸透镜后变为平行光，当密封玻璃罩内环境无变化时，平行光束经过密封玻璃罩后照射到第二凸透镜后会聚于其焦点处；当天然气喷火枪工作改变密封玻璃罩内的气流变化时，透过第一凸透镜后的平行光经过密封玻璃罩时光线发生偏折，此时光线经过第二凸透镜，部分光线不再会聚于第二凸透镜的焦点处，刀口截取一定频谱的光线，在相机内可得到清晰、准确的纹影图像，可视化图像便于分析真空环境下流场的特性，达到了真空环境下气流可视化的目的。

Description

一种真空气流可视化装置
技术领域
本发明涉及真空流场分析技术领域，特别是涉及一种真空气流可视化装置。
背景技术
纹影法是力学实验中一种常用的光学观测方法，其基本原理是利用光在被测流场中的折射率梯度正比于流场的气流密度进行测量，广泛用于观测气流的边界层、燃烧、激波、气体内的冷热对流以及风洞或水洞流场。
纹影技术作为非接触式流场可视化手段已存在近百年，广泛应用于射流、空气动力学和传热等研究领域。但在真空领域却很少使用到纹影技术。因为气流可视化的方法较单一，且在测量流场在进行图像处理时，大多数的软件如(Office系列)不能处理非正交网络上计算所得到的数据，对这些非正交网络还不能很好的显示其流场。而使研究者只能凭借单一的矢量图来分析流场。或者，即使能够找到能找到流场中流线的软件，但是由于其功能较单一，给分析者带来了许多不便，目前一些CFD专家，在进行计算时，为了处理结果不得不到处找些可视化软件来处理数据，对某些数据还找不到相应的软件来进行处理。故不能较好的理解和评估计算的对象，很难对气流分布、热舒适、空气质量、IAQ、对流、大气扩散、风环境、燃烧等各个方面进行详细的了解，这就需要可视化的同步发展。
因此，如何改变现有技术中，真空环境中气流无法做到可视化的问题，是本领域技术人员亟待解决的。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空气流可视化装置，以解决上述现有技术存在的问题，使真空环境下的气流实现可视化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种真空气流可视化装置，包括呈直线型依次设置的LED灯、密封玻璃罩、刀口和相机，所述密封玻璃罩上设置第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜设置于所述密封玻璃罩靠近所述LED灯的侧壁上，所述第二凸透镜设置于所述密封玻璃罩靠近所述刀口的侧壁上，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜相对设置，所述LED灯、所述刀口、所述相机的摄像头的高度与所述第一凸透镜的焦点、所述第二凸透镜的焦点的高度相等；所述密封玻璃罩的内腔为密封结构，天然气喷火枪伸入所述密封玻璃罩的内腔中，所述密封玻璃罩的内腔还与微型真空泵相连通。
优选地，真空气流可视化装置还包括电源，所述电源与所述LED灯相连。
优选地，所述LED灯、所述刀口和所述相机的底部均设置可调支架，所述LED灯、所述刀口、所述相机分别与所述可调支架可拆卸连接。
优选地，所述可调支架包括相连的底座和伸缩杆，所述伸缩杆包括套杆和滑杆，所述套杆套装于所述滑杆的外部，所述套杆与所述滑杆之间设置锁扣。
优选地，所述伸缩杆的一端与所述底座相连，所述伸缩杆的另一端设置底托，所述LED灯、所述刀口、所述相机分别与所述底托可拆卸连接。
优选地，所述天然气喷火枪由所述密封玻璃罩的侧壁伸入所述密封玻璃罩的内腔中，所述天然气喷火枪与所述密封玻璃罩之间设置密封结构。
优选地，所述微型真空泵和所述天然气喷火枪设置于所述密封玻璃罩的同一侧。
优选地，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜与所述密封玻璃罩可拆卸连接，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜与所述密封玻璃罩之间设置密封压条。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的真空气流可视化装置，包括呈直线型依次设置的LED灯、密封玻璃罩、刀口和相机，密封玻璃罩上设置第一凸透镜和第二凸透镜，第一凸透镜设置于密封玻璃罩靠近LED灯的侧壁上，第二凸透镜设置于密封玻璃罩靠近刀口的侧壁上，第一凸透镜和第二凸透镜相对设置，LED灯、刀口、相机的摄像头的高度与第一凸透镜的焦点、第二凸透镜的焦点的高度相等；密封玻璃罩的内腔为密封结构，天然气喷火枪伸入密封玻璃罩的内腔中，密封玻璃罩的内腔还与微型真空泵相连通。装置工作时，微型真空泵将玻璃密封罩内抽真空，LED灯发出的光经过第一凸透镜后变为平行光，当密封玻璃罩内环境无变化时，平行光束经过密封玻璃罩后照射到第二凸透镜后会聚于其焦点处；当天然气喷火枪工作改变密封玻璃罩内的气流变化时，透过第一凸透镜后的平行光经过密封玻璃罩时光线发生偏折，此时光线经过第二凸透镜，部分光线不再会聚于第二凸透镜的焦点处，刀口截取一定频谱的光线，在相机内可得到清晰、准确的纹影图像，可视化图像便于分析真空环境下流场的特性，达到了真空环境下气流可视化的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的真空气流可视化装置的整体结构示意图；
图2为本发明的真空气流可视化装置的光路示意图；
其中，1为电源，2为LED灯，3为密封玻璃罩，4为第一凸透镜，5为天然气喷火枪，6为微型真空泵，7为刀口，8为相机，9为可调支架，10为第二凸透镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种真空气流可视化装置，以解决上述现有技术存在的问题，使真空环境下的气流实现可视化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-2，其中，图1为本发明的真空气流可视化装置的整体结构示意图，图2为本发明的真空气流可视化装置的光路示意图。
本发明提供一种真空气流可视化装置，包括呈直线型依次设置的LED灯2、密封玻璃罩3、刀口7和相机8，密封玻璃罩3上设置第一凸透镜4和第二凸透镜10，第一凸透镜4设置于密封玻璃罩3靠近LED灯2的侧壁上，第二凸透镜10设置于密封玻璃罩3靠近刀口7的侧壁上，第一凸透镜4和第二凸透镜10相对设置，LED灯2、刀口7、相机8的摄像头的高度与第一凸透镜4的焦点、第二凸透镜10的焦点的高度相等；密封玻璃罩3的内腔为密封结构，天然气喷火枪5伸入密封玻璃罩3的内腔中，密封玻璃罩3的内腔还与微型真空泵6相连通。
装置工作时，微型真空泵6将玻璃密封罩内抽真空，LED灯2发出的光经过第一凸透镜4后变为平行光，当密封玻璃罩3内环境无变化时，平行光束经过密封玻璃罩3后照射到第二凸透镜10后会聚于其焦点处；当天然气喷火枪5工作改变密封玻璃罩3内的气流变化时，透过第一凸透镜4后的平行光经过密封玻璃罩3时光线发生偏折，此时光线经过第二凸透镜10，部分光线不再会聚于第二凸透镜10的焦点处，刀口7截取一定频谱的光线，在相机8内可得到清晰、准确的纹影图像，可视化图像便于分析真空环境下流场的特性，达到了真空环境下气流可视化的目的，且其精确、方便、可靠的图像可对气流分布、热舒适、空气质量、IAQ、对流、大气扩散、风环境、燃烧等方面的进行了解及促进了在真空中气流可视化的发展。
其中，真空气流可视化装置还包括电源1，电源1与LED灯2相连，电源1为LED灯2提供稳定的动力来源。
具体地，LED灯2、刀口7和相机8的底部均设置可调支架9，LED灯2、刀口7、相机8分别与可调支架9可拆卸连接，可根据具体需要调节LED灯2、刀口7和相机8的高度。
更具体地，可调支架9包括相连的底座和伸缩杆，伸缩杆包括套杆和滑杆，套杆套装于滑杆的外部，调节伸缩杆的高度时简单易操作，套杆与滑杆之间设置锁扣，防止伸缩杆滑动影响装置正常工作。
另外，伸缩杆的一端与底座相连，伸缩杆的另一端设置底托，底托为LED灯2、刀口7和相机8提供了支撑和保护，LED灯2、刀口7、相机8分别与底托可拆卸连接。
进一步地，天然气喷火枪5由密封玻璃罩3的侧壁伸入密封玻璃罩3的内腔中，天然气喷火枪5与密封玻璃罩3之间设置密封结构，确保密封玻璃罩3内的内腔密封良好。
微型真空泵6和天然气喷火枪5设置于密封玻璃罩3的同一侧。
更进一步地，第一凸透镜4和第二凸透镜10与密封玻璃罩3可拆卸连接，第一凸透镜4和第二凸透镜10与密封玻璃罩3之间设置密封压条，可以方便地清洁拆卸第一凸透镜4和第二凸透镜10。
本发明的真空气流可视化装置，使用微型真空泵6抽气使密封玻璃罩3内(以下简称测试区)处于真空状态，准备就绪后，打开电源1，把其输出电压调节为5V，此时5V的白光LED灯2处于焦点为10cm的第一凸透镜4的焦点处，其发出的光经过第一凸透镜4后变为了平行光，当测试区无变化时，平行光束经过测试区后照射到焦点为10cm的第二凸透镜10，平行光经过第二凸透镜10后会聚于其焦点处。当有天然气喷火枪5作用来改变测试区内气流变化时，平行光束经过测试区光线会发生偏折，此时光线经过第二凸透镜10，部分光线不再会聚于焦点处，用刀口7上下调节到适宜的位置时截取了一定频谱的光线，从相机8内可得到清晰、精确的纹影图像，该图像便于分析，达到了在真空环境下气流可视化的目的且在一定程度上促进了真空气流可视化的发展。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种真空气流可视化装置，其特征在于：包括呈直线型依次设置的LED灯、密封玻璃罩、刀口和相机，所述密封玻璃罩上设置第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜设置于所述密封玻璃罩靠近所述LED灯的侧壁上，所述第二凸透镜设置于所述密封玻璃罩靠近所述刀口的侧壁上，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜相对设置，所述LED灯、所述刀口、所述相机的摄像头的高度与所述第一凸透镜的焦点、所述第二凸透镜的焦点的高度相等；所述密封玻璃罩的内腔为密封结构，天然气喷火枪伸入所述密封玻璃罩的内腔中，所述密封玻璃罩的内腔还与微型真空泵相连通。
2.根据权利要求1所述的真空气流可视化装置，其特征在于：还包括电源，所述电源与所述LED灯相连。
3.根据权利要求1所述的真空气流可视化装置，其特征在于：所述LED灯、所述刀口和所述相机的底部均设置可调支架，所述LED灯、所述刀口、所述相机分别与所述可调支架可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的真空气流可视化装置，其特征在于：所述可调支架包括相连的底座和伸缩杆，所述伸缩杆包括套杆和滑杆，所述套杆套装于所述滑杆的外部，所述套杆与所述滑杆之间设置锁扣。
5.根据权利要求4所述的真空气流可视化装置，其特征在于：所述伸缩杆的一端与所述底座相连，所述伸缩杆的另一端设置底托，所述LED灯、所述刀口、所述相机分别与所述底托可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的真空气流可视化装置，其特征在于：所述天然气喷火枪由所述密封玻璃罩的侧壁伸入所述密封玻璃罩的内腔中，所述天然气喷火枪与所述密封玻璃罩之间设置密封结构。
7.根据权利要求6所述的真空气流可视化装置，其特征在于：所述微型真空泵和所述天然气喷火枪设置于所述密封玻璃罩的同一侧。
8.根据权利要求1所述的真空气流可视化装置，其特征在于：所述第一凸透镜和所述第二凸透镜与所述密封玻璃罩可拆卸连接，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜与所述密封玻璃罩之间设置密封压条。
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