应用光学断层成像技术重建方腔内自然对流温度场

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剪切干涉仪是一种通过测量穿过流体内部光线的相位变化而获得流场信息的仪器。使用剪切干涉仪可以得到穿过流体内部光线的干涉条纹,此干涉条纹反映了光线经过流场后的相位变化。由于光线的相位变化取决于光线路径上流体折射率梯度的积分,而折射率是流体密度和温度的函数,因此,在以无限宽条纹方式显示的干涉图中,干涉条纹可以被看作是温度梯度、密度梯度或折射率梯度沿光线路径积分的等值线,从而可以根据代数重建算法使用上述等值线作为投影数据重建流场的密度、温度或折射率的分布。   本文旨在通过实验拍摄方腔内自然对流的干涉图,并利用代数迭代算法重建其三维温度分布。   以方腔内Rayleigh-Bénard对流的温度分布为例,根据ART算法的原理编写了C++重建程序,以Rayleigh-Bénard对流几个角度的干涉图为投影数据,重建了三维的温度分布。重建结果与经典的Rayleigh-Bénard对流温度分布一致,说明此算法可以用来重建方腔内自然对流的温度分布。   搭建了以单Wollaston棱镜为干涉单元的激光干涉仪。Wollaston棱镜固定在光学转台上,以便于调整其高度及角度,同时,光学转台放置于一维滑座上精确调整Wollaston棱镜在光轴方向的位移,以产生清晰的无限宽干涉条纹。使用此光学干涉仪拍摄了方腔在侧边加热与底部加热时产生的自然对流的干涉图,获得了重建算法需要的投影数据,并通过ART重建程序对投影数据进行了重建,其结果与数值模拟结果的趋势相一致。由于投影数据的不完整以及重建算法本身权重因子等要素的差异,重建结果存在一定误差。
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