Imaging Measurement Methods for Flow Analysis pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Dobriloff, Christoph 编

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:

价格:$ 281.37

装帧:

isbn号码:9783642011054

丛书系列:

图书标签:

Flow Analysis
Imaging Techniques
Measurement Methods
Fluid Mechanics
Image Processing
Optical Measurement
Experimental Fluid Dynamics
Flow Visualization
Quantitative Flow Field
Microfluidics

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具体描述

This volume contains the results of the priority programme Imaging Measurement Methods for Flow Analysis conducted in 2003-2009. This research programme was based on the fact, that experimental flow analysis has always played an important role in addition to theory and numerics. At the time, however, comparisons with numerical tools made it clear, that there are only few experimental procedures which can keep up with these increasingly powerful tools in respect to their informative value. The priority programme was to close this development gap by focusing on the investigation on efficient measurement methods to analyse complex flow fields and advancing these techniques to a widely renowned key technology. This book gives a state-of-the-art overview of current developments in the fields of image based flow measurements and analysis. The contributions to this book were presented at the concluding conference of the programme held May 14 a " 15, 2009, at the Technische UniversitAt Berlin, Germany. The priority programme was funded by the DFG (German Research Foundation).

流体动力学分析的传感器技术进展这本书将深入探讨流体动力学分析领域前沿的传感器技术。我们将聚焦于那些能够实现高精度、非侵入性以及实时测量流体参数的创新方法。内容将涵盖多种传感器的基本原理、设计考量、材料选择以及在不同应用场景下的性能评估。第一部分：光学测量技术光学测量因其非接触性、高分辨率和适应性而成为流体分析的核心技术之一。粒子图像测速（PIV）与粒子跟踪测速（PTV）：基本原理： PIV通过追踪流体中示踪粒子在不同时间点的位移来计算流场速度。PTV则追踪单个粒子，提供更精细的轨迹信息。光源与成像：探讨激光器（如Nd:YAG）、LED阵列等作为光源的优缺点，以及高速相机、CCD/CMOS传感器等成像设备的选择标准，包括帧率、分辨率、灵敏度等。示踪粒子：介绍不同类型示踪粒子（如微球、发光粒子）的尺寸、密度、荧光特性等，以及它们对测量精度的影响。数据处理算法：详细分析互相关算法、傅里叶变换算法在PIV中的应用，以及三维PIV、立体PIV等高级技术。应用案例：探讨PIV/PTV在航空航天（机翼流动）、汽车工程（空气动力学）、生物医学（血流分析）、环境工程（水流模拟）等领域的实际应用。激光多普勒测速（LDV）与相位多普勒测速（PDA）：基本原理： LDV利用多普勒效应，测量流体中粒子散射光的频率变化来确定速度。PDA则进一步扩展LDV，能够同时测量粒子尺寸和速度。光学配置：分析不同LDV/PDA光学探头的设计，如远程探头、内置式探头等，以及它们在空间分辨率和测量距离上的权衡。信号处理：讨论频域分析、时域分析等信号处理技术，以及噪声抑制和数据有效性判定的关键。应用：重点关注LDV/PDA在燃烧室、喷雾干燥、污染物扩散等需要同时测量速度和粒子特性的场景。干涉测量技术（如肖利叶干涉、Mach-Zehnder干涉）：基本原理：利用光的干涉现象，测量流体密度、温度、折射率等参数的变化，进而推断流体参数。应用：介绍其在传热传质研究、气体动力学、声学波传播等领域的独特优势。光谱测量技术（如拉曼光谱、荧光光谱）：基本原理：分析流体分子与光相互作用产生的散射或荧光信号，获取流体的化学成分、温度、压力等信息。应用：讨论其在反应器诊断、环境监测、生物样品分析等方面的潜力。第二部分：电磁与声学测量技术电磁和声学方法为流体分析提供了不同的视角，尤其适用于导电流体或存在声学效应的场景。电磁流量计：法拉第电磁感应原理：详细阐述导电流体在磁场中运动时产生的感应电压与流速的关系。流量计类型：区分电磁流量计的不同类型，如插入式、管道式、开放渠道式，并分析其结构特点和适用范围。信号处理与校准：探讨电极材料、衬里选择、信号放大和滤波技术，以及消除零点漂移和校准的重要性。应用：强调其在水处理、化工、冶金、食品饮料等行业的广泛应用，尤其适用于腐蚀性、高粘度流体。电导率/电阻率测量：基本原理：通过测量流体的电导率或电阻率来推断其离子浓度、混合程度或温度变化。传感器设计：介绍两电极、四电极等传感器结构，以及影响测量精度的因素，如电极间距、流速、温度补偿。应用：讨论其在水质监测、电解液分析、化工过程控制中的作用。超声波测量技术：超声波多普勒测速：类似于LDV，利用超声波在流体中运动粒子上的多普勒频移来测量流速，适用于不透明或浑浊流体。声时法/声速法：测量超声波在流体中传播的时间或速度，用于测量流速、液位、温度、介质成分等。应用：聚焦于其在石油化工、制药、食品工业以及河流、管道流速测量中的优势。第三部分：热学与化学传感器热学和化学传感器为理解流体的热力学性质和化学组成提供了直接手段。热电偶与热电阻：基本原理：介绍基于塞贝克效应（热电偶）和电阻温度关系（热电阻）来测量流体温度。探头设计与安装：讨论不同形式的温度传感器探头（如护套式、浸入式）以及它们在不同流体环境下的选择和安装注意事项。应用：涵盖从简单的温度监测到复杂传热分析的各种场景。热敏电阻与半导体温度传感器：特点：分析其高灵敏度、快速响应和易于集成的优势。应用：探讨在微流控、生物传感器等领域的研究。化学传感器（如pH传感器、气体传感器）：基本原理：介绍基于电化学、光学或压电效应的传感器，用于检测特定的化学物质或参数。应用：强调其在环境监测、工业过程控制、食品安全检测等方面的作用。第四部分：微机电系统（MEMS）与新兴传感器技术 MEMS技术的进步极大地推动了微型化、集成化和高性能流体传感器的发展。 MEMS流量传感器：工作原理：介绍基于热传递、压电效应或压阻效应的微型流量传感器，适用于微通道和低流量应用。优势：探讨其小尺寸、低功耗、高集成度等优点。微型粒子图像测速（μPIV）：集成化方案：介绍将光源、成像和微流控芯片集成的μPIV系统。应用：突出其在细胞培养、药物输送、微反应器等研究中的价值。纳米传感器与分子识别技术：前沿探索：展望基于纳米材料和分子识别技术的超灵敏、高选择性流体传感器，如石墨烯传感器、基于DNA适配体的传感器等。未来方向：讨论其在精准医疗、环境污染物实时监测等领域的巨大潜力。第五部分：传感器集成与数据分析多传感器融合：探讨如何将不同类型的传感器相结合，获取更全面、更准确的流体信息。数据采集与处理系统：介绍数据采集卡、信号调理电路、嵌入式系统等在传感器数据获取中的作用。数据可视化与建模：强调将传感器数据转化为有意义的信息，并利用可视化工具和数值模型进行流体行为分析。本书旨在为流体动力学研究人员、工程师以及对新型测量技术感兴趣的读者提供一份详实的技术指南，帮助他们理解和选择合适的传感器方法，以应对复杂多变的流体分析挑战。