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應用探析|千眼狼科學儀器在實驗傳熱學和熱力學研究中的關鍵作用

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由華北電力大學、西安交通大學和中國科學院工程熱物理所共同舉辦的ExHFT-11會議18日在北京圓滿落幕。會議聚焦“多相流”、“燃燒動力學”、“超臨界流體熱力學”等研究議題。

千眼狼攜超高速攝像機、粒子圖像PIV測量系統等科學儀器設備參展，并向與會專家學者展示了相關研究領域的典型應用。

典型案例1—多相流中的氣泡動力學研究

氣泡動力學是傳熱學中核心問題，需量化氣泡生成、生長、潰滅全過程的時空演化規律，以及氣泡與周圍流體、固體邊界之間的互作機制。利用千眼狼Revealer M Pro系列高速攝像機，可以1080P @3200fps 的參數連續拍攝氣泡的運動過程，精確捕捉氣泡的細微形態和邊界變化，為后續氣泡分析提供高質量的圖像數據。利用千眼狼氣泡測量軟件，基于高速攝像機獲取的序列圖像，運用圖像處理算法（如閾值分割、邊緣檢測、擬合等）對氣泡進行跟蹤識別和分析，精確測量氣泡的大小如索特直徑、位置、速度及加速度等參數，深入研究氣泡的動力學特性。

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典型案例2—燃燒動力學中火焰傳播

燃燒動力學中火焰傳播主要關注火焰在可燃混合物中的傳播速度、傳播模式（層流火焰傳播、湍流火焰傳播），火焰鋒面的結構和穩定性，以及影響火焰傳播的各種因素（氣體的成分、壓力、溫度、流動狀態等）。千眼狼萬幀級大內存高速攝像機S1315M可以1280×1024 @15000fps采集幀率捕捉火焰前鋒的形態變化、傳播速度以及火焰內部的流動結構信息等；同時搭配紋影儀，基于光學折射原理，能夠將火焰周圍流場的密度梯度變化轉化為可見的紋影圖像，呈現火焰引起的渦流、壓縮波等流動現象，有助于研究人員理解火焰傳播過程中的物理機制。

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典型案例3—超臨界流體流體熱力學中的氣液兩相流

超臨界流體處于臨界點附件時，物理性質變化劇烈，可能會出現類似氣液兩相的密度和折射率參數的波動變化。氣液兩相流場等值面和渦結構研究有利于理解氣液兩相流動中的速度場分布、渦旋形成與發展機制，有助于優化設備設計、提高傳熱傳質效率。千眼狼粒子圖像測速PIV系統，通過在氣液兩相流場中引入示蹤粒子，使用高速攝像機拍攝粒子的運動圖像，經過圖像處理和交叉相關算法計算，可得到流場中速度矢量場。同時，利用PIV軟件，運用渦識別算法，進一步分析渦核結構，渦的位置、大小、強度以及渦的演化等。

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