激波风洞中瞬态流场的可视化应用技术

摘要

流动显示技术是一种为了辨认流体的运动而采取的使流体的流动可视的技术，它能够在流体流动不受干扰的情况下提供有关整个流场的部分或所需部分的信息，除了具有对流场直观演示的作用外，还能够从所获得的流动图像中导出定量的数据。因此，流动显示是实验流体力学中许多有效的测量技术之一。任何光学的流动显示方法都是建立在光波和流体流动相互作用的基础上，光线由于这种相互作用而发生变化并带出有关流动状态的信息。对于光的方向变化敏感的测量方法是阴影法和纹影法，对于光的相位变化敏感的测量方法是干涉法。在激波风洞试验研究中，流场显示作为一种试验技术，利用阴影、纹影、高速摄影等光学技术为课题研究等提供了丰富的流场照片。 高超声速激波风洞是一种脉冲型气动试验设备，试验时间为毫秒量级。在激波风洞的试验段有一对或几对口径较大的观察窗，配备的流场显示设备主要为纹影或阴影仪、以及在此基础上发展的高速摄影、莫尔干涉、差分干涉术等。在高超声速激波风洞中研究对象变化速度很高，为了获得试验过程中的某一瞬时状态信息，一般采用控制脉冲光源的闪光与研究的现象在某一瞬时同步，从而记录该瞬时状态的信息。根据激波风洞试验流场的特点，光源的闪光时间为微秒量级或更短。本文介绍激波风洞中常用的几种瞬态流场可视化应用技术。