一种模拟热辐射引发的湍流现象的装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及一种湍流现象的模拟装置，尤其涉及模拟热辐射引发的湍流 现象的装置及模拟方法，可应用于流体物理、气象学、图像处理、智能交通、 安防监控等领域。

背景技术

流体、热现象和图像处理等研究人员在研究热浪引起的空气湍流的机理 和影响时，往往不得不专门选择炎热的夏季中午、到可能几公里外甚至更远 的地方挑选空旷的场地、摆设必要的物品并由专人看管、费尽心思去搭建架 设用于数据获取的设备以保证无误的获取指定位置的数据信息，并且可能还 要再另外多次选择合适的但是条件艰苦恶劣的地点和时间以及时机，多次反 复才能获得想要的数据。给研究工作带来了极大的不便，因此需要一种可以 辅助研究人员更便捷获得各种情况下湍流现象的数据。

发明内容

针对已有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种模拟热辐射引发的 湍流现象的装置，本发明装置真实模拟了光传播（气体）介质在不同温度分 布情况下，因温差导致的湍流现象。

本发明的另一目的在于提供模拟热辐射引发的湍流现象的模拟方法。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种模拟热辐射引发的湍流现象的装置，包括提供湍流发生前后图样的 面板1、盛槽3、可拼装散热板4、分段可控加热装置5、定位导轨6及成像 设备、支架7和面板安装导轨8，所述盛槽3内部边沿上侧设有滑槽，所述 面板安装导轨8置于盛槽3的滑槽内，所述面板安装导轨8上开有与面板1 的安装插销相匹配的定向卡口9，所述可拼装散热面板4及对应的热传输介 质置于盛槽3中，所述分段可控加热装置5围绕盛槽3底部及周边对可拼装 散热板4进行分段可控加热，所述可控加热装置5置于可调整高度的支架7 上，所述定位导轨6用于安装固定成像设备。

所述模拟热辐射引发的湍流现象的装置还装有对照面板2，对照面板2提 供面板1的比对图样，对照面板2为透明板，面板2的图样及位置与面板1 总是一致，正向观面板2图样刚好完全覆盖面板1图样，但颜色为面板1的 互补色；可为（局部）透明电子显示板。

所述盛槽3内部边沿上侧设有的滑槽是两根垂直交叉的滑槽。所述的盛 槽3的面积不小于50cm×50cm，以保证中部有足够大的面积内有均匀稳定热 辐射。

所述分段可控加热装置5用于对可拼装散热板4进行分段独立加热，温 度可以调控，可采用可编程调控的加热装置。

所述面板1选用热膨胀系数较低的材质，面板1可采用电子显示屏，如 LED等，这样能够通过编程方便的设计面板的图样形式，并且通过调节图样 的亮度可以在一定程度上模拟被观测目标到成像设备的距离；此时对照面板 2可以选择透明的显示器配合面板1使用。

所述可拼装散热板4用于不同热辐射环境（如石山、沙地、水面）的仿 真，可拼装散热板4采用拼装的方式，只要确保拼装后的边界能够完好的与 盛槽3的内边界贴合即可。散热板4可以由平地、坑洼、沟壑、高山等多种 形式组合拼装，对应的可以选取石质表面、沙粒、泥土、金属、混凝土等多 种材质，此外，还可以进一步敷以植被，添水等更真实的模拟辐射环境。

所述定位导轨6用于成像设备的固定和定位。定位导轨6的设计可仿照 采用面板安装导轨8的设计方式，此时，2条导轨上可以设置刻度线，刻度 范围可根据成像设备的布设范围需要进行设置加工；也可以与铅垂线等配合 使用，确保成像设备的几次观测位置固定。

所述支架7的面板上设有可锁定的导轨，可以使面板1在一定范围内移 动。

所述插口9为六边形可定向的插口。

模拟热辐射引发的湍流现象的方法，包括如下步骤：

（1）根据模拟目标选择合适的可拼装散热板4和热传输介质，并填 装于盛槽3中；

（2）选择合适的面板1的图样，通过面板安装导轨8确定并固定面 板1的安装位置；此步骤中可根据需要增加对照面板2的图样，用以 提供面板1的比对图样。

（3）确定和记录成像设备在定位导轨6的位置，并对成像设备配置 至目标状态；

（4）获取面板1上目标图样的数据；

（5）通过分段可控加热装置5对各分段设定合适的温度并加热至需 要状态；

（6）获取湍流下的图样数据；

（7）在以上设置时做好数据记录，根据使用目的需要和数据记录按

上述步骤进行新的数据获取。

本发明的一种模拟热辐射引发的湍流现象的装置能够在各种季节、时 间、在很小的空间就能获得人为可设计的、可控制的、可重现的、真实的热 浪引起的空气湍流数据，可以支持数据的初次获取和验证用数据获取，并提 供了一种可以辅助研究人员更便捷的对获得的数据进行分析处理方法。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图。

图2本发明面板的几种设计图样示例，其中不同的条纹形式表示不同的 颜色。

图3本发明盛槽上的面板安装导轨。

图4本发明一种实施例下的湍流轨迹图。

图中的标号说明

1—面板

2—对照面板

3—盛槽

4—可拼装散热板

5—分段可控加热装置

6—定位导轨

7—支架

8—面板安装导轨

9—面板安装定向卡口

具体实施方式

下面结合附图1—图4，进一步说明本发明是如何实现的。

实施例1

如图1所示，一种模拟热辐射引发的湍流现象的装置，包括提供湍流 发生前后图样的面板1、盛槽3、可拼装散热板4、分段可控加热装置5、定 位导轨6及成像设备、支架7和面板安装导轨8，所述盛槽3内部边沿上侧 设有滑槽，所述面板安装导轨8置于盛槽3的滑槽内，所述面板安装导轨8 上开有与面板1的安装插销相匹配的定向卡口9（如图3所示），所述可拼装 散热面板4及对应的热传输介质置于盛槽3中，所述分段可控加热装置5围 绕盛槽3底部及周边对可拼装散热板4进行分段可控加热，所述可控加热装 置5置于可调整高度的支架7上，所述定位导轨6用于安装固定成像设备。

可以加装与面板1同图样的对照面板2，如图2中的C所示图样类型时 的情况，此时对照面板2的图样宜选用面板1图样颜色的互补色以提高成像 的对比度。按照要模拟的地形、植被等环境情况，选取已有的（组合成）或 制作合适的散热板4，并在盛槽3中填充合适的热传输介质，以更好的模拟 仿真环境；选择并设定好面板1和对照面板2上的图样，将成像设备（如高 速摄像机）安装固定于成像装备的定位导轨6，调整支架7和成像设备的高 度使得面板1、对照面板2及成像设备的中心位于同一条中轴线上，这时启 动成像设备获取的图像应该时对照面板2上的图样与面板1的图样重合并将 面板1的图样完全遮挡；获取对照面板2和面板1此时的图像P₀（获取的只 有对照面板2上的图样）；启动分段可控加热装置5，并分段设定合适的加热 温度，持续拍摄获取面板1和对照面板2的图样图像（或视频）P_Set，此时， 因为热辐射引起的湍流，成像中能够看到对照面板2的图样和面板1图样的 部分或全部；通过比对分析处理同一特征目标在P₀和P_Set中的位置变化，可 以获取其变化轨迹，也能够反映湍流的动态特点等，为不同行业的研究人员 提供直观和易于分析的数据，同时也能够进行辅助验证。

图4显示了一种应用例：图中上排t₀对应的是目标点在面板1和对照 面板2上的初始（实际）位置，热辐射引起湍流后，面板1上目标点的观察 相必然会对真实位置漂移，按时间先后依次获取并记录t₁、t₂、t₃等时刻（此 处只示意4个时刻点）面板1上同一目标点（比如以特定颜色标记）在湍流 下的成像；最后，利用获取的图像记录合成出目标点在观察记录周期内的运 动轨迹，即图4中下排“合成轨迹”。该轨迹反映了湍流发生时气体运动态， 藉此能够研究湍流的特性，设计或验证对湍流下成像处理算法等。

实施例2

如图1所示，一种模拟热辐射引发的湍流现象的装置，包括提供湍流发 生前后图样的面板1、盛槽3、可拼装散热板4、分段可控加热装置5、定位 导轨6及成像设备、支架7和面板安装导轨8，所述盛槽3内部边沿上侧设 有滑槽，所述面板安装导轨8置于盛槽3的滑槽内，所述面板安装导轨8上 开有与面板1的安装插销相匹配的定向卡口9（如图3所示），所述可拼装散 热面板4及对应的热传输介质置于盛槽3中，所述分段可控加热装置5围绕 盛槽3底部及周边对可拼装散热板4进行分段可控加热，所述可控加热装置 5置于可调整高度的支架7上，所述定位导轨6用于安装固定成像设备。

不加装对照面板2或加装透明的有刻度格线的对照面板2。由于成像设 备视角限制，当面板1和对照面板2采用如图2中A或图2中B类型的图样 时，成像设备中对照面板2的图样不能完全遮挡面板1的图样，因而不再具 有实施例1中的优点和便利。这时可以不加装对照面板2，直接由加热前后 的图像比对来进行数据的分析；进一步的，可以采用透明的印有格线的面板 作为对照面板，格线可以采用面板1图样颜色的互补色。