適量之塑膠顆粒(Polymer Seeding Particle,PSP)作為追蹤粒子,水槽外層為清水以清 楚觀察容器內之流場情形,也是等待環境穩定之後,啟動開關,並使用單一波長488 奈米雷射光以切頁方式激發流場欲觀察之二維平面,再以彩色 CCD 擷取即時影像,
並將各影像像素之RGB(Red、Green、Blue)值分別作處理。
在溫度影像之處理上,依單一染料與雙種染料混合使用方法上之不同,配合實驗 前校正之 Inorm–溫度曲線(One-color)與 R/G-溫度曲線(Two-color),得到流場之溫度分 佈圖;另外,綠色波段(One-color)或藍色波段(Two-color)兩張連續影像中塑膠顆粒的 位移可透過PIV 軟體 FlowManager,得到該流場之速度場。
最後,將實驗中溫度與流量監控裝置中所得到的數據,結合有限元素分析軟體 的量測方法。在過去的研究中,許多學者利用液晶感溫粒子(Thermochromic Liquid Crystal,TLC)的特性,並搭配使用質點顯像測速儀(Particle Image Velocimetry,PIV),
成功地同時量測在自然對流流場中的速度與溫度場,但是卻因液晶色彩特性,溫度使 用範圍難以超出10度以上。
為改良溫度範圍上使用的限制,本文使用雷射螢光顯影技術(Laser Induced Fluorescence,LIF),並與質點顯像測速儀(Particle Image Velocimetry,PIV)作結合,
同時量測溫度場與速度場,再使用Comsol Multiphysics有限元素分析軟體模擬流場,
1.3 文獻回顧
Morton研究介於射流(Jet)和浮力羽流(Plume)之間的紊亂強制射流(Turbulent Force Plume)在均勻環境與線性分層環境中的流動特性。發現浮力羽流在均勻環境中會無限
Campbell and Turner利用實驗和相似理論研究了在開放的和封閉的容器內軸對稱 圓形負浮力射流和二維平面負浮力射流的宏觀流動特性,進一步驗證了標訂關係Zm的 正確性。
Lynn J. Bloomfield and Ross C. Kerr利用實驗與數值模擬研究軸對稱圓形負浮力 射流與線源型負浮力射流在線性密度分層鹽水中的紊流流動特性,並發現其與在均勻 環境下之紊流流動特性有相當大的差別,圖(1-2)。
Orlandi P.,Egermann P. and Hopfinger E. J.用鹽水與清水混合技術製造一線性密 度分層,將一渦環產生機構將渦環由上往下噴射,利用實驗紋影技術觀察密度上之變 化,搭配數值模擬驗証在此線性密度分層下的流動特性,圖(1-3)。
Wenxian Lin and S. W. Armfield 利用直接數值模擬(Direct numerical simulation)弱
Coolen M. C. J.,Kieft R. N.,Rindt C. C. M. and van Steenhoven A. A.使用單一螢 光染料(RhB),搭配Nd:YAG脈衝雷射與CCD同步Trigger擷取影像,減少因雷射光3%
左 右 之 能 量 振 幅 所 帶 來 之 影 響 , 並 將 染 料 濃 度 調 至10-7M 以 下 可 將 重 複 激 發 (re-emission)所帶來之誤差忽略,與探討壁面陰影處對實驗所帶來的溫度場分析之影 響,與數值作比較,圖(1-4)。
Seuntiens H. J.,Kieft R. N.,Rindt C. C. M. and van Steenhoven A. A.使用單一螢光 染料(RhB)觀察一加熱圓柱在拖曳水槽中溫度分佈流況,而影像後處理方式在溫度穩 定下之流場,對雷射光不穩定與亮度不均勻之因素作一系列之校正,並驗証了 Sakakibara and Adrian R. J.之理論,也就是RhB螢光強度與溫度在無因次化下之校正曲 線斜率皆為相同,準確率±0.1 (95%℃ 可信度),圖(1-5)。
Sakakibara J. and Adrian R. J.使用兩台黑白CCD搭配濾鏡之組合,將兩種螢光染料 (RhB、Rh110)激發波長分開擷取,因兩台CCD的角度擷取不同,所以在影像處理上作 座標上之校正,並探討雷射瓦數與染料濃度比例的影響,將其應用在一熱對流流場,
與溫度計實際溫度作誤差分析。
Funatani S.,Fujisawa N. and Ikeda H.利用彩色3CCD光譜波段的概念將兩種螢光 染料(RhB、Rh110)之激發波段,使用R、G、B三片感光CCD分開擷取,省去了溫度感 測上雷射光亮度不均勻誤差之校正。並將LIF結合PIV同時量測紊亂羽流之溫度場與速
黃真理、李玉梁、余常昭……等人對螢光素鈉進行光譜分析,分別研究濃度、激 光功率、溫度、酸鹼值和濾鏡……等因素對其螢光強度之影響,並將其應用在射流流 場上,量測流場之濃度變化,並與相關文獻作比較。
黃一仁將液晶顯像技術應用於具溫度效應之渦環流場,分別觀察不同雷諾數下之 冷渦環進入暖水域,熱渦環進入冷水域,及渦環進入同溫水域的比較與對照。
林怡君以液晶顯像技術模擬自然界中渦漩具背景渦度並存在溫度效應下的行為 表現,觀察渦漩進入溫度效應區前、中、後三區域的垂直方向流場,並分別比較熱渦 漩、冷渦漩、常溫渦漩之路徑變化。