气泡的远场干涉分析及应用

提出了一种分析气泡远场干涉的理论模型。平行激光束照射到透明介质中的气泡上,折射光束与全反射光束在远场发生干涉形成内密外疏圆环状干涉条纹,推求了两平行出射光线的光程差公式和两光线之间的距离公式,分析了圆环状干涉条纹内密外疏的原因,给出了计算干涉条纹存在区域和最高干涉级的方法。通过干涉方法可以测量气泡的直径,能够用于介质深处气泡尺寸的测量。利用远场干涉对玻璃水箱、平板玻璃、玻璃棱镜中的气泡直径进行了测量,其中玻璃棱镜中气泡直径测量结果与用阿贝比长仪测量结果对比,相对差为0.9%。预期了气泡远场干涉在运动气泡尺寸、泡内气体折射率、透明光疏介质中光密介质球尺寸测量等方面的应用。     

合肥光源上采用干涉方法测量束流截面

 束流截面尺寸测量对优化系统参数、确保光源运行至关重要。采用干涉法测量合肥同步辐射光源束流截面垂直方向的尺寸。基于Cittert-Zernike 定理,利用双缝干涉条纹的对比度得出相干度和束流截面尺寸。测量系统由干涉成像与图像处理系统组成。进行了5组试验,试验结果证明了干涉法测量合肥同步辐射束流截面尺寸的可行性。     

两相干平面波照射球体的远场干涉及直径测量

提出一种球远场干涉理论模型,即两相干平面波以任意夹角照射表面光滑球体,其反射波在远场发生干涉.推出两反射波在远场的光程差公式,并用远场干涉准确测量球直径,给出了测量球直径的公式.用分光仪、CCD照相机、氦氖激光器、光学平台和电脑等组成测量系统,给出使用原始激光束测量球直径的方法.将远场干涉法测量结果与阿贝比较仪测量结果进行比较,相对差为0.2%;使用高斯光束所产生的测量误差为5×10-5 mm且可略.此测量方法还可对相机镜头畸变实现自校正.结果表明理论和测量方法正确,用高斯激光束测量球直径可行.     

合肥光源基于同步光的测量与研究

介绍了合肥光源同步光测量系统,包括条纹相机系统、快速光电测量束团长度系统、束团横向截面测量系统和光位置测量系统.利用条纹相机系统和快速光电测量柬团长度系统进行了束团长度测量和束团伸长效应的研究.利用束流截面测量系统进行了六极铁对横向不稳定性抑制效果和横向反馈系统反馈效果的测量研究.光位置测量系统采用丝型光位置检测器和自行研制了对数处理?用于测量光源点的束流位置和角度.     

双向剪切干涉法测量高斯光束远场发散角

对双向剪切干涉理论和高斯光束传输特性进行了研究.提出了一种测量高斯光束远场发散角的方法：利用双向剪切干涉仪分别在激光传输路径上两个特定位置测出波前曲率半径,然后由曲率半径得出发散角.通过理论推导建立了相应的检测模型,并对模型进行了实验验证.实验测量和误差分析表明该方法的测量准确度能达到10″;发散角测量准确度的主要影响因素为干涉条纹宽度测量误差.     

迈克耳孙干涉仪的数字化设计

使用硅光电晶体三极管作为光干涉条纹传感器,采用变间隙动极板电容传感器代替传统微距测量的设计方案,利用单片机对干涉条纹进行计数并自动测量反射镜的微小位移,实现了迈克耳孙干涉仪的数字化测量.制作了检测系统及电路,完成系统的软件设计.He-Ne激光波长的测量实验结果表明,采用该方案能够缩短测量时间,提高测量精度.     

电寻址液晶光阀系统上的叠栅条纹的观察与测量

利用电寻址液晶光阀系统生成叠栅条纹,对教学实验室中较难实现的圆形光栅及其动态叠栅条纹进行了模拟,并且利用电寻址的动态叠栅条纹测量了圆形光栅转速.此外,提出了远场衍射观察光线偏折的方法.     

入射角和薄片表面特性对激光干涉测温的影响

以激光干涉为理论基础,采用具有不同表面光学特性的单晶硅片和K-8光学玻璃为样品,针对不同的测量条件,研究干涉条纹对比度变化对温度测量的影响.分析了薄片干涉条纹对比度与测量光束直径、入射角、样品表面粗糙度以及表面镀膜之间的相互关系,研究了薄片的横向温度梯度对干涉对比度的影响.实验结果表明,上述各因素对温度测量参量对比度产生的影响具有规律性,并在一定对比度阈值条件下,能够满足精确测温的条件要求.     

激光干涉条纹特征提取及定中测量技术研究

针对不透明非球面壳体翻转法测量厚度时,被测件翻转前后需要严格控制定中精度的问题,提出一种基于激光干涉的非接触定中测量技术.配合高精度中空气浮转台、调心调平机构,设计并搭建了一套双向激光干涉定中装置,分别采集翻转前后内外表面不同运动姿态的干涉图,并实时分析其动态特征.基于现代光电探测技术,提出对激光干涉条纹进行实时特征提...     

扫描白光干涉测量技术的算法比较

干涉条纹零光程差位置的确定是扫描白光干涉测量的关键技术之一。介绍了扫描白光干涉法测量物体轮廓的原理,讨论了确定白光干涉条纹零级条纹位置的几种方法,并对随机生成的表面进行了大量的数字模拟测量和分析比较,得出了各种算法对测量准确度的影响。研究结果对白光干涉的应用研究提供了可靠的理论根据。     

尾流中气泡对光传播的影响

从几何光学的角度出发,针对气泡直径与光束直径之间的大小关系,分两种情况,推得了单个气泡的散射光强变化情况,以及气泡速度与散射光强之间的关系.得出散射光强的变化频率与气泡半径和速度存在一定的关系,光束的直径与气泡直径的大小关系决定光强变化的强弱.在此理论基础上,模拟了光强的变化,并与实验所得曲线相比较,验证了实际与理论的相符性.同时用短曝光、连续拍摄的数码相机对气泡进行拍摄,进一步验证了理论推导的正确性.     

Implementation of the Laser Diffraction Technique for Acoustic Cavitation Bubble Investigations

Knowledge of the acoustic cavitation cloud would be useful for improving ultrasound reactor design. Among the characterisation techniques, few are adapted to bubble investigations in an intense ultrasound field. Some problems raised by these measurements result from interactions between the acoustic pressure wave and the measuring light wave. This paper reports the implementation of the laser diffraction technique to determine the size and volume concentration of bubbles generated by a dipping horn operating at 20 kHz. Measurements were performed with a Malvern 2600 instrument. The size distribution, deduced from the diffraction pattern scattered by the bubble cloud crossed by a laser beam, is disturbed by the acoustic pressure wave involving deviation of a light beam at low diffusion angles (acousto‐optic effect). A bubble size correction procedure based on the subtraction of the light energy due to the ultrasound wave is described. The size measurements, and thus the correction procedure, were validated by a second laser technique based on a different measuring principle: phase Doppler interferometry. The measurement reliability was further confirmed by an original application of laser diffraction based on measurements performed just after sonication. These three methods lead to a mean bubble size (Sauter mean diameter) of about 10 μm at a high ultrasound power input. Concerning the void fraction, only measurements achieved after sonication and by laser diffraction predict a correct estimation of this parameter.     

Effect of Bubble Contact Diameter on Bubble Departure Size in Flow Boiling

The growth and departure of bubbles on a vertical heated wall of an annular channel in flow boiling were observed by a high-speed camera, and the bubble contact diameter and bubble departure diameter were measured. It was found that bubble departure diameters were different among different nucleation sites in the same boiling area (same test condition, same surface roughness). Force balance on a single bubble attached to the heated surface was also analyzed to explain this phenomenon. The theoretical research results show that bubble contact diameter has a significant influence on bubble departure diameter, and the corresponding departure diameter is larger as the bubble contact diameter is larger. This agrees with the visual experimental results.     

声场中水力空化泡的动力学特性

以水为工作介质,考虑了液体黏性、表面张力、可压缩性及湍流作用等情况,对文丘里管反应器中空化泡在声场作用下的动力学行为特性进行了数值研究.分析了超声波频率、声压及喉径比对空化泡运动特性以及空化泡崩溃时所形成泡温以及压力脉冲的影响.结果表明,超声将水力空化泡运动调制成稳态空化,有利于增强空化效果. 关键词： 超声波 水力空化 湍流 气泡动力学     

水下爆炸气泡作用下梁中垂损伤及流场变化特性

 以水面箱形梁模型为研究对象,利用数值计算和实验验证相结合的方法,对梁在水下爆炸气泡作用下的中垂损伤特点进行了研究,确定了中垂弯曲载荷的形成原因,深入分析了气泡运动时周围流场的变化特性;研究了爆炸参数对梁响应特性的影响,初步提出了梁发生中垂损伤的条件。研究发现：在爆炸气泡收缩阶段,结构和气泡之间的流场形成一个“凹”型分布的低压区,导致梁发生中垂弯曲变形;当爆径比参数λ满足1<λ<2.5时,爆炸气泡对梁结构的中垂损伤作用明显,且λ越小,等量炸药对梁的整体损伤作用越大。     

含气量对空泡脉动特性影响的理论研究

分析了含气量对粘性液体中球形单空泡脉动特性的影响。研究结果表明：随着泡内初始含气量的增加,空泡达到最大泡半径的时间延长;空泡膨胀的最大泡半径、收缩的最小泡半径和脉动周期均随初始含气量的增加而增加;同时,空泡膨胀和溃灭时泡壁的运动速度均随空泡初始含气量的变化而变化。无论含气量如何,在空泡收缩到最小泡半径附近,泡壁运动速度（收缩或膨胀）要明显快于其在最大泡半径附近;此外,受液体粘性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓。     

激光空泡在文丘里管中运动的动力学特性

以水为工作介质,在不同文丘里管入口压力下,利用YAG激光器产生的激光轰击水中的金属靶材产生空泡,借助高速摄像系统记录激光空泡在文丘里管中的运动过程,并采用流体动力学模拟对文丘里管中的流场特性和空泡的溃灭特性进行分析.结果表明:激光空泡在文丘里管中的运动,其形状变化可分为产生阶段、挤压阶段、溃灭初始阶段和溃灭阶段等四个阶段.空泡的溃灭取决于流场状态,当流动为层流时,空泡不发生溃灭;当流动为湍流时,空泡发生溃灭,且湍流程度越剧烈,溃灭现象越显著.搭建的激光空泡生成与运动系统能够实现空泡的定点溃灭.     

气泡碰撞过程中形变及破碎现象分析

以水气两相流为研究对象, 采用大涡模拟和流体体积法, 结合破碎准则和第三代涡识别方法对双气泡碰撞过程进行数值模拟。采用单一变量法, 研究气泡直径比、相对偏心距及气泡间相对距离对气泡破碎程度的影响。双气泡碰撞过程中, 两气泡的直径越接近时, 碰撞过程中的气泡破碎程度越弱, 偏心距的变化对气泡破碎程度影响不大。而相对距离小于1时, 随着其增大, 气泡碰撞过程中的破碎程度更加明显。当气泡相对距离大于1时, 气泡破碎程度趋于平缓。研究表明: 第三代涡识别方法能够很好地捕捉两相流湍流流场中漩涡位置, 并能敏锐地反映出湍流的变化。     

含气量对黏性液体中空泡脉动特性的影响

采用自行研制的高灵敏度光偏转测试系统,研究黏性液体中激光空泡脉动特性.判定了空泡两次脉动对应的最大和最小泡半径,进而计算了激光空泡在前两次脉动过程中泡内的含气量.研究表明：泡内含气量对泡脉动特性有较大影响.随着脉动次数的增加,空泡泡内含气量增大.空泡最大泡半径随含气量的增加而增大.此外,受液体黏性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓. 关键词： 含气量 黏性 激光空泡 脉动特性