分析液滴流动的装置制造方法及图纸

本公开涉及一种分析液滴流动的装置。该装置包括：固定组件，用于固定试件；加热装置，用于对试件加热，使所述试件熔化，形成液滴；气流产生装置，用于在加热中的试件的表面产生气流，使液滴流动；图像获取装置，用于在液滴流动过程中获取试件的表面的图像；处理组件用于根据图像分析液滴的流动特征。根据本公开的各方面的分析液滴流动的装置通过获取试件表面液滴流动的图像，可分析液滴的流动特征，还可对对烧蚀实验中材料表面的大量液滴流动产生的流场特性进行分析，使流场特征更高效的可视化，改善向量场可视化中的遮挡和流场混乱现象。

Device for analyzing droplet flow

The invention relates to a device for analyzing the flow of a liquid drop. The apparatus includes: a fixing component for fixing the test piece; a heating device for heating the test piece to melt the test piece and form a droplet; a gas flow generating device for generating a gas flow on the surface of the test piece under heating to make the droplet flow; an image acquisition device for obtaining an image of the surface of the test piece during the droplet flow; a processing component for analyzing the droplet according to the image Flow characteristics of. According to the apparatus for analyzing droplet flow in various aspects of the present disclosure, by acquiring the image of droplet flow on the surface of the test piece, the flow characteristics of the droplet can be analyzed, and the flow field characteristics generated by the flow of a large number of droplets on the surface of the material in the ablation experiment can also be analyzed, so as to make the flow field characteristics more effective visualization, improve the occlusion and flow field confusion phenomenon in the vector field visualization.

【技术实现步骤摘要】
分析液滴流动的装置
本公开涉及光学实验领域，尤其涉及一种分析液滴流动的装置。
技术介绍
在航空航天领域，高温、高速流场的复杂服役环境给航空航天热防护带来了巨大挑战。特别是在高超音速飞行器再入过程中，当飞行器达到一定速度，飞行器前缘与空气产生剧烈相互作用，前缘表面温度急剧升高，导致飞行器前缘表面的结构材料由于气动加热而融化，继而形成液滴，在气流的作用下产生流动、融合、分离等一系列演化过程。碳/碳化硅复合材料由于其良好的力学特性和抗高温性能，被广泛应用于航空航天热防护。碳/碳化硅复合材料在烧蚀过程中析出液态二氧化硅等物质，液态二氧化硅能够填封材料表明的缝隙等缺陷，同时能够很好的隔绝氧气与基体，减少烧蚀。针对这个现象开展在线实验观测，研究液滴的流动、融合规律，分析液滴在高温高速气流下的流场以更好的利用液态二氧化硅隔绝氧气是很重要的。而描绘流动特性的场通常是速度场或者流动轨迹无法显现的场，因而难以对液滴流动特征进行判断。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种分析液滴流动的装置。根据本公开的一方面，提出了一种分析液滴流动的装置，所述装置包括：固定组件、气流产生装置、加热装置、图像获取装置和处理组件；所述固定组件用于固定试件；所述加热装置用于对所述试件加热，以使所述试件熔化，形成液滴；所述气流产生装置用于在加热中的试件的表面产生气流，以使所述液滴流动；所述图像获取装置用于在液滴流动过程中获取所述试件的表面的图像；所述处理组件用于根据所述图像分析所述液滴的流动特征。在一种可能的实现方式中，所述根据所述图像分析所述液滴的流动特征包括：控制所述图像获取装置在液滴流动过程中获取所述试件的表面的图像，所述图像包括第一时刻的图像和第二时刻的图像，其中，所述第二时刻在所述第一时刻之后；根据所述第一时刻的图像和第二时刻的图像中的液滴的位置变化确定所述液滴的位移向量；根据所述液滴的位移向量确定液滴的右柯西应变张量，并确定所述右柯西应变张量的最大特征值；根据所述最大特征值确定有限时间李雅普诺夫指数以及由有限时间李雅普诺夫指数组成的有限时间李雅普诺夫指数场，并根据所述有限时间李雅普诺夫指数场确定所述液滴的位置的梯度以及梯度场，并确定所述梯度场的海森堡矩阵；确定所述海森堡矩阵的最小特征值对应的特征向量，并确定所述特征向量与所述液滴的位置的梯度的内积以及由所述内积组成的标量场；选取所述标量场中数值为零的内积对应的位置，并根据所述位置获取拉格朗日拟序结构，所述拉格朗日拟序结构用于确定所述液滴的流动特征。在一种可能的实现方式中，所述液滴的右柯西应变张量是通过对所述位移向量进行中心差分来确定的。在一种可能的实现方式中，所述液滴包括多个液滴，对所述位移向量进行中心差分确定所述液滴的右柯西应变张量包括：在所述第一时刻的图像中选择第一液滴与第二液滴，确定第一液滴的位置向量a0和第二液滴的位置向量a0+δx，其中，所述第一液滴与所述第二液滴相邻，δx是在第一时刻时第一液滴与第二液滴的位置向量差；根据位置向量差δx确定在第二时刻时第一液滴与第二液滴的位置向量差δx(t)；对所述位置向量差δx(t)进行泰勒展开，获取所述位置向量差δx(t)的泰勒展开式；根据所述位置向量差δx(t)的泰勒展开式确定所述第一液滴的右柯西应变张量Δ。在一种可能的实现方式中，在第二时刻时第一液滴与第二液滴的位置向量差δx(t)是根据等式δx(t)＝x(a0+δx,t)-x(a0,t)确定的，其中，t是所述第二时刻，x(a0+δx,t)是所述第二液滴在第二时刻时的位移向量，x(a0,t)是所述第一液滴在第二时刻时的位移向量。在一种可能的实现方式中，根据所述位置向量差δx(t)的泰勒展开式确定所述第一液滴的右柯西应变张量Δ包括：根据等式确定所述第一液滴的右柯西应变张量，其中，Δ是所述第一液滴的右柯西应变张量，是的伴随矩阵。在一种可能的实现方式中，根据所述最大特征值确定有限时间李雅普诺夫指数包括：根据等式确定有限时间李雅普诺夫指数，其中，λ是有限时间李雅普诺夫指数，Δ是所述第一液滴的右柯西应变张量，t0是所述第一时刻，t是所述第二时刻，λmax(Δ)是所述右柯西应变张量的最大特征值。在一种可能的实现方式中，根据所述位置获取拉格朗日拟序结构包括：将所述标量场中数值为零的内积对应的位置依次连接，获取拉格朗日拟序结构。在一种可能的实现方式中，所述流动特征包括所述液滴的流动趋势、流动方向和加速趋势。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：照明组件和/或隔热组件，所述照明组件用于为所述试件的表面照明；所述隔热组件由透明材料制成，位于所述图像获取装置和所述试件之间，用于在对所述试件加热时保护所述图像获取装置。根据本公开的各方面的分析液滴流动的装置通过获取试件表面液滴流动的图像，可分析液滴的流动特征，还可对对烧蚀实验中材料表面的大量液滴流动产生的流场特性进行分析，使流场特征更高效的可视化，改善向量场可视化中的遮挡和流场混乱现象。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1是根据一示例性实施例示出的分析液滴流动的装置的示意图。图2是根据一示例性实施例示出的根据图像分析液滴的流动特征的方法流程图。图3是根据一示例性实施例示出的步骤S13的流程图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。图1是根据一示例性实施例示出的分析液滴流动的装置的示意图。如图1所示，根据本公开实施例的分析液滴流动的装置包括固定组件11、气流产生装置12、加热装置13、图像获取装置14和处理组件15。固定组件11用于固定试件18；加热装置13用于对试件18加热，以使试件18熔化，形成液滴；气流产生装置12用于在加热中的试件18的表面产生气流，以使所述液滴流动；图像获取装置14用于在液滴流动过程中获取试件18的表面的图像；处理组件15用于根据所述图像分析所述液滴的流动特征。根据本公开的一个实施例，所述试件1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析液滴流动的装置，其特征在于，包括：固定组件、气流产生装置、加热装置、图像获取装置和处理组件；/n所述固定组件用于固定试件；/n所述加热装置用于对所述试件加热，以使所述试件熔化，形成液滴；/n所述气流产生装置用于在加热中的试件的表面产生气流，以使所述液滴流动；/n所述图像获取装置用于在液滴流动过程中获取所述试件的表面的图像；/n所述处理组件用于根据所述图像分析所述液滴的流动特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种分析液滴流动的装置，其特征在于，包括：固定组件、气流产生装置、加热装置、图像获取装置和处理组件；
所述固定组件用于固定试件；
所述加热装置用于对所述试件加热，以使所述试件熔化，形成液滴；
所述气流产生装置用于在加热中的试件的表面产生气流，以使所述液滴流动；
所述图像获取装置用于在液滴流动过程中获取所述试件的表面的图像；
所述处理组件用于根据所述图像分析所述液滴的流动特征。


2.根据权利要求1所述的分析液滴流动的装置，其特征在于，所述根据所述图像分析所述液滴的流动特征包括：
控制所述图像获取装置在液滴流动过程中获取所述试件的表面的图像，所述图像包括第一时刻的图像和第二时刻的图像，其中，所述第二时刻在所述第一时刻之后；
根据所述第一时刻的图像和第二时刻的图像中的液滴的位置变化确定所述液滴的位移向量；
根据所述液滴的位移向量确定液滴的右柯西应变张量，并确定所述右柯西应变张量的最大特征值；
根据所述最大特征值确定有限时间李雅普诺夫指数以及由有限时间李雅普诺夫指数组成的有限时间李雅普诺夫指数场，并根据所述有限时间李雅普诺夫指数场确定所述液滴的位置的梯度以及梯度场，并确定所述梯度场的海森堡矩阵；
确定所述海森堡矩阵的最小特征值对应的特征向量，并确定所述特征向量与所述液滴的位置的梯度的内积以及由所述内积组成的标量场；
选取所述标量场中数值为零的内积对应的位置，并根据所述位置获取拉格朗日拟序结构，所述拉格朗日拟序结构用于确定所述液滴的流动特征。


3.根据权利要求2所述的分析液滴流动的装置，其特征在于，所述液滴的右柯西应变张量是通过对所述位移向量进行中心差分来确定的。


4.根据权利要求3所述的分析液滴流动的装置，其特征在于，所述液滴包括多个液滴，对所述位移向量进行中心差分确定所述液滴的右柯西应变张量包括：
在所述第一时刻的图像中选择第一液滴与第二液滴，确定第一液滴的位置向量a0和第二液滴的位置向量a0+δx，其中，所述第一液滴与所述第二液滴相邻，δx是在第一时刻时...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，张金松，岳孟坤，唐云龙，朱相宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11