流体动力学研究通常需要粒子图像测速(PIV)和远心背光照明等可视化技术来研究动态流场的特征。然而,根据应用的不同,这些技术可能较为昂贵、耗时且复杂。
 
另一种可以考虑的方法是偏振流体成像,它基于观察由悬浮在水或乙二醇硬脂酸酯等液体中的微小晶体所组成的流变液的动态流动。这些晶体对光的偏振很敏感,当光穿过该液体时会根据晶体的方向朝不同的方向偏振。流变液中独特的流场会影响晶体的方向,从而产生有趣的视觉效果。在流变液中看到的颜色对应于不同晶体的方向。

虽然粒子图像测速和远心背光照明可以在相同尺度上实现流动可视化,但偏振流体成像更快速且易于操作。该技术无需设置多台摄像机,在流体中撒入粒子并使用激光照射或准直光照明,而是使用所有现成的组件,从而简化了实验设置,并降低了总体成本。另一个优点是,这项技术不需要软件处理。值得注意的是,偏振流体成像较适用于定性可视化技术。

偏振流体成像的实际应用

近期,罗彻斯特理工学院的副教授 Ted Kinsman 访问了 Vision Research,并演示了偏振流体成像技术。实验装置包括一台 Phantom T4040 彩色高速摄像机、流变液、一个偏振滤光片以及一个平面槽。在槽底部产生了 ¼ 英寸的气泡,高速摄像机捕捉到由此产生的流动,调整偏振片控件的角度会影响流体所呈现的颜色。
 
由于 Phantom 高速摄像机提供低噪声和高分辨率的图像,因此它是拍摄偏振流体成像的理想选择。摄像机以 2000 帧/秒(fps)和 2560 x 1664 的像素分辨率记录下该实验,Kinsman 捕捉到了一些令人印象深刻的图像。



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