在这里了解千眼狼最新动态
2026年10月，中国工程热物理学会传热传质学术会议在西安举行。千眼狼（Revealer）携PIV测量系统及高速摄像机参展，与参会研究人员交流气液界面、气体射流及多相流动实验中的图像采集与定量测量需求。
图1-中国工程热物理学会传热传质学术会议开幕式报告
气泡接近表面时，周围液体如何排出；外加磁场作用下，气体射流的速度分布如何变化；声电耦合处理过程中，流动扰动如何影响颗粒聚集——这些问题都需要将可见的形态变化与局部流动联系起来。
以下典型案例分别围绕气泡捕获、磁场调控射流和颗粒絮凝展开，均采用千眼狼高速摄像机采集PIV图像。其中，声电耦合絮凝研究使用千眼狼PIV流场测量RFlow4软件进行计算与分析，这些案例展示了PIV流场测量如何与界面观测、颗粒特征测量及数值计算配合，支持对输运过程的分析。
一、PIV测量表征气泡接近表面时的周围流动
在超亲气表面捕获上升气泡的实验中，高速图像能够辨识气泡接近、变形与并合的过程。要解释不同表面为何具有不同的捕获行为，还需要观察气泡附近液体的运动，以及周围涡结构如何变化。
上海交通大学等单位研究团队在《Nature Communications》发表的研究中，构建了由纳米颗粒修饰的微锥阵列超亲气表面。研究采用千眼狼X190高速摄像机，以9000 fps记录气泡捕获过程；在PIV实验中，以4000 fps采集粒子图像，并计算速度场。
研究人员在水中加入直径约20 μm的聚酰胺示踪粒子，通过片光照明观察气泡附近的流动。研究比较了微锥高径比参数 (b/a) 分别为0.3、1.7和3.5时的速度着色流线。结果显示，随着气泡上升，气泡与微锥表面之间的液体向外排出；在较大的 (b/a) 条件下，气泡两侧及尾部的涡结构增强，气泡下方的速度分布也发生变化。这些差异使微结构参数与邻近液体运动之间的联系能够被具体比较。
结合高速成像记录的捕获过程、界面变形观测与数值分析，研究将快速捕获与气层变形、液膜排液及局部破裂联系起来。PIV提供的周围流场信息，为分析气泡接近过程中液体如何响应微结构变化补充了实验依据。
图2- 不同微锥高径比条件下，上升气泡接近超亲气表面时周围液体的PIV流线分布，流线颜色表示速度大小。
气泡实验通过局部速度场解释界面附近的液体运动。当研究对象转向气体射流时，PIV同样可以比较外部条件改变前后的速度分布，并为数值模型提供实验对照。
二、PIV实验与数值计算对照分析磁场调控射流
磁场作用下的火焰变化涉及流动、传热和化学反应等多个过程。东南大学研究团队通过研究非反应气体射流，排除放热与化学反应过程的影响，考察梯度磁场对气体运动的作用。相关成果发表于《International Communications in Heat and Mass Transfer》。
研究采用直径1—2 μm的二氧化钛粒子作为示踪粒子，使用532 nm连续激光照明，并由千眼狼X213高速摄像机采集PIV图像。实验通过调节电磁铁电流改变磁场条件，比较不同工况下的射流结构。
图3给出了氮气出口平均速度为66.31 cm/s时的轴向速度分布，每组左侧为PIV实验结果，右侧为数值计算结果。与无磁场条件相比，10 A条件下的射流核心区高度略有降低，射流宽度减小；20 A条件下，射流向上延伸的范围明显缩短。
PIV测量使磁场作用的评价落实到具体位置的速度变化，并可与相同截面的计算结果比较。这种对照有助于检验模型能否再现射流核心区的位置与尺度变化。
图3-氮气出口平均速度为66.31 cm/s时，不同电磁铁电流条件下的轴向速度分布。各组左侧为PIV实验结果，右侧为数值计算结果；电流分别为0、10和20 A。
射流案例通过速度分布比较外场对流动的影响。在含有气泡与悬浮颗粒的液体中，流动还与颗粒碰撞、聚集及沉降有关，需要将流场结果与粒径、颗粒表面性质等信息共同分析。
三、声电耦合絮凝中的PIV流场测量与颗粒行为分析
在超声辅助电絮凝过程中，超声扰动、电解产生的气泡和颗粒聚集共同影响流动。流动增强有利于颗粒接触，局部扰动也可能影响絮体稳定性。评价处理效果，需要同时了解流场与颗粒状态的变化。
青海大学、清华大学研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表的研究中，搭建了悬浮泥沙声电耦合实验平台。其PIV平台由高速摄像机、激光光源、同步控制器及相关软件组成，研究采用千眼狼PIV高速摄像机与PIV流场测量RFlow4软件采集和分析粒子运动图像，并结合粒径分析及Zeta电位测量研究絮凝过程。
图4比较了900 s时八种典型工况下的速度分布。单独施加电场时，电极附近生成的气泡上升并驱动循环流动；单独施加声场时，流动方向和局部速度呈现不同的空间分布。声电耦合后，高速区域的范围与流动结构进一步改变，使不同工况之间的差异能够在同一测量平面内比较。
流场结果也为理解絮凝效果提供了条件。研究报告，28 kHz与40 A/m²耦合工况下的时间平均流速为11.01 mm/s，颗粒平均粒径由18.89 μm增至60.98 μm，沉降率达到87.96%。与此同时，77 kHz与40 A/m²工况的时间平均流速更高，达到27.67 mm/s，但最佳絮凝表现出现在前者。结合涡结构、粒径和Zeta电位结果，研究将这一差异归因于流动扰动与絮体稳定性之间的平衡。
PIV在这里提供了颗粒输运所处的流动环境，粒径与Zeta电位测量则补充了聚集状态和表面电性信息。将这些结果对应起来，才能进一步分析不同外场条件为何形成不同的絮凝与沉降表现。
图4-千眼狼PIV高速摄像机与PIV流场测量软件RFlow4软件获得的悬浮泥沙絮凝流场，比较900秒时八种电场、声场及声电耦合工况下的速度分布与流线。
四、结语
传热传质研究中的许多差异，既表现为界面形态或宏观结果的变化，也与局部流动的组织方式有关。气泡接近表面时的排液与涡结构、梯度磁场下射流速度的重新分布，以及声电耦合作用下颗粒的聚集与沉降，虽然发生在不同体系中，却共同指向一个问题：流动如何响应边界与外场条件的变化，并影响后续的输运过程。
从连续图像中的过程演化，到速度场中的空间分布，再与界面变形、颗粒特征及数值计算相互印证，这些研究逐步建立了现象与机制之间的联系。千眼狼高速成像与PIV流场测量系统，则为捕捉这些瞬态过程、解析局部流动结构及其演化提供了直观充分的实验依据。
电话：400-859-1866
邮箱：sales@agiledevice.com
地址：安徽省合肥市包河富煌新视觉大厦
微信公众号
官方抖音
400-859-1866