激光诱导荧光技术

激光诱导荧光技术(laser induced fluorescence,简称LIF)的测试系统一般由激光器系统、光学成像系统、荧光探测系统、控制系统组成。LIF技术具有许多优于其他流场检测技术的特点:(1)非接触测量,不干扰流场;(2)时间分辨率和空间分辨率高;(3)多点多参数同时测量;(4)诊断信息丰富,可测量流场的多种温度、数密度、速度、压力等重要物理量。

激光诱导荧光技术的测试原理如下。(1)在流体中溶解某种特定分子结构的荧光染料作为示踪剂;(2)利用一定波长的激光照射流场测量区激发示踪剂分子,使其发射出荧光信号;(3)通过相机等设备接收荧光信号,并利用计算机对其进行分析,从而得到流场中的标量输运信息。

LIF技术在医学诊断、生物探测、燃烧过程研究等方面得到了广泛应用,是化学工程领域研究传质、传热过程的高级测试技术。近二十年来,大量研究者利用LIF技术成功地研究了搅拌釜式反应器、静态混合器、喷射反应器、微反应器等反应混合设备内的传质、传热过程,从微观尺度上定量、实时地显示了流体混合和反应过程的浓度、热量等标量的传递特性,考察了影响上述设备传递性能的各种因素,揭示了混合过程的微观机理,为此类设备的工程设计与工业放大提供了科学的依据。同时,通过LIF技术获得的实验结果还可以为计算流体力学(CFD)的理论预测提供实验验证,为计算流体力学模型的建立与完善奠定坚实的实验基础,实验结果与理论预测相互验证,有利于建立传质、传热过程的科学研究方法。

该技术主要分为可见光激光诱导荧光和紫外激光诱导荧光两大类,分别用于液相和气相流体混合过程的测量。当温度恒定时,采用对温度不敏感的示踪剂,在示踪剂的浓度较低的情况下,通过相机捕获的荧光强度与示踪剂浓度成线性关系。因此,可以通过检测荧光强度的分布来测量物质传递过程中示踪剂的浓度场分布。

本章简要讲述了工程和科研中常用的流体测量和流场显示技术,在实际应用过程中,应该根据各自的特点结合具体研究对象加以灵活选用。

习　　题

8-1　目前主要的流动显示技术方法有_________、_________、_________、_________和_________。

8-2　简述烟线技术的基本原理。

8-3　试比较转子流量计、文丘里流量计和孔板流量计的原理和构造的差别。

8-4　简述热线风速仪的测量原理。