(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210442227.6 (22)申请日 2022.04.26 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114719912 A (43)申请公布日 2022.07.08 (73)专利权人 中国科学院大学 地址 100049 北京市石景山区玉泉路(甲) 19号 专利权人 西安交通大 学 (72)发明人 王泽栋　张年梅　阳倦成　吕泽　 倪明玖　 (74)专利代理 机构 重庆律知诚专利代理事务所 (普通合伙) 50281 专利代理师 殷兴旺　王俊超(51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) 审查员 曹水清 (54)发明名称 多物理场同时测量的实验系统与测量方法 (57)摘要 本发明提供一种多物理场同时测量的实验 系统与测量方法， 用于解决现有技术中温度场、 速度场、 固体场的耦合及同时测量的问题， 包括： 耦合系统和测量系统； 耦合系统包括： 透明实验 段， 换热系统和水泵， 透明实验 段、 换热系统和水 泵通过管道连接形成循环系统， 透明实验段包括 透明流体腔、 加热系统和扰流组件， 加热系统用 于对透明流体腔内的流体进行加热， 扰流组件包 括刚性件和柔性件， 柔性件连接在刚性件上， 换 热系统包括换热器和制冷装置； 测量系统包括： 流体测温系统、 流体测速系统和固体形变场测量 系统， 分别用于同时测量热流固耦合作用下的温 度场、 速度场、 固体场。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114719912 B 2022.11.25 CN 114719912 B 1.一种测量方法， 所述测量方法利用多物理场同时测量的实验系统， 所述多物理场同 时测量的实验系统包括： 耦合系统和 测量系统； 所述耦合系统包括： 透明实验段， 换热系统和水泵， 所述透明实验段、 所述换热系统和 所述水泵通过管道连接形成循环系统， 所述透明实验段包括透明流体腔、 加热系统和扰流 组件， 所述透明流体腔 内部用于供流体流通， 所述加热系统用于对所述透明流体腔 内的流 体进行加热， 所述扰流组件包括刚性件和柔性件， 所述柔性件连接在所述刚性件 上， 所述扰 流组件用于增强所述透明流体腔的热对流来 实现增强换热， 所述换热系统用于对所述透明 流体腔的液体进行 换热； 所述测量系统包括： 流体测温系统、 流体测速系统和固体形变场测量系统； 所述流体测温系统包括： 荧光剂、 连续激光仪和第 一高速相机， 所述荧光剂与腔内流体 均匀混合， 所述连续激光仪用于诱导所述透明实验段内所述荧光剂发光， 所述高速相 机用 于拍摄所述透明流体腔内流体运动状态； 所述流体测速系统包括： 示踪粒子、 双脉冲激光仪和第 二高速相机， 所述示踪粒子与所 述透明流体腔 内流体均匀混合， 所述双脉冲激光仪用于照射所述实验段内示踪粒子， 所述 第一高速相机用于拍摄所述透明流体腔内流体运动状态； 所述固体形变场测量系统包括： 光源和所述第二高速相机， 所述光源用于给拍摄所述 透明流体腔内流体在热流固耦合作用下固体 变形场提供光源； 其特征在于， 所述双脉冲激光仪与所述光源交替闪烁照射所述透明流体腔内流体， 通 过所述第二高速相 机拍摄流体图像， 对所述流体图像进行图像识别处理， 分别得到多帧示 踪粒子图像和多帧柔性件的固体形变图， 再通过后处理中的边缘识别提取， 将所述扰流组 件的图像在 对应的PIV粒子图像中剔除， 再进 行互相关算法计算得到流体速度场， 然后叠加 所述固体形变图得到流固耦合的图像。 2.根据权利要求1所述的测量方法， 其特 征在于， 还 包括如下步骤： 流体温度场获取步骤： 通过所述连续激光仪发出激光照 射所述透明流体腔中流体， 利用所述第 一高速相机实 时获得多帧所述 流体的荧 光强度图片； 将所述荧光强度图片中荧光强度与标定好的荧光强度和温度对照表进行对比校正， 从 而得流体温度图； 结合时序与多帧所述 流体温度图得 出热流固耦合作用下流场的实时温度场； 固体形变场获取步骤； 利用光源照射 流体， 通过 所述第二高速相机得到柔 性件的多帧状态图； 获取各帧状态图中柔性件边缘图像， 结合 时序和所述柔性件边缘图像得出热流固耦合 作用下所述扰流组件的实时形变场； 流体速度矢量场获取步骤： 通过所述双脉冲激光仪发出两束激光， 利用所述第 二高速相机实时获得多帧连续的流 场粒子图； 将多帧所述 流场粒子图中所述扰流组件的图像剔除； 将多帧连续所述流场粒子图划分查询窗口， 在窗口内对所述示踪粒子的位置进行互相 关分析， 得到流体速度矢量场。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114719912 B 23.根据权利要求1所述的测量方法， 其特征在于： 所述透明流体腔由亚克力材料或者透 明玻璃材 料构成。 4.根据权利要求1所述的测量方法， 其特征在于： 所述加热系统包括导热件、 发热件和 直流稳压电源， 所述发热件和所述直流稳压电源电连接形成通电回路， 所述导热件用于将 所述发热件的热量传递给 所述透明流体腔内的流体。 5.根据权利要求4所述的测量方法， 其特征在于： 还包括测温元件， 所述测温元件用于 测量所述透明流体腔内的流体内部温度及所述 导热件与流体接触表面的温度。 6.根据权利要求1所述的测量方法， 其特征在于： 所述刚性件在所述透明流体腔内可更 换。 7.根据权利要求1所述的测量方法， 其特征在于： 所述柔性件和所述刚性件可拆卸连 接。 8.根据权利要求1所述的测量方法， 其特征在于： 所述换热系统包括换热器和制冷装 置， 所述换 热器与所述制冷装置通过导管相连。 9.根据权利要求1所述的测量方法， 其特征在于： 还包括流量计和阀门， 所述流量计在 所述透明实验段进口处， 所述阀门用于控制所述透明流体腔内流 量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114719912 B 3