流动显示与测量技术及其应用

《流动显示与测量技术及其应用》从流体运动的基本理论、流体测量技术的基本原理以及图像处理技术和数字信号分析的基本原理出发，系统介绍流线、迹线、染色线、时空尺度分析等基本概念，定性的流动显示技术（直接注入法流动显示、表面流动显示方法、光学流动显示法、激光空间流动显示等），定量的全流场实验测量（激光诱导荧光技术LIF、表面压力PSP及温度测量TSP技术、红外测量技术、粒子图像测速技术PIV），并给出大量相关测量技术的应用及例证。内容覆盖了对流体压力、速度、浓度、密度、温度、自由面及界面形变等关键物理量测量技术的发展及实现。希望通过《流动显示与测量技术及其应用》，能够让各位学者体会实验流体力学发展的历史性、继承性、多学科关联性以及具有的广阔拓展性。新技术的迅猛发展，流体测试技术的不断突破，必将促进人们对流体运动规律及机理的深刻认识和理解。

第1章 引言 1
1.1 流动显示和定量化流动显示在流体力学发展中的地位与作用 1
1.2 流体力学面临的问题和挑战 9
1.3 近代流动显示方法和技术的特点 11
1.4 关于理想的流体力学实验观测手段 12
1.5 流动显示技术的分类综合 13
参考文献 15
第2章 流场的描述及观测流场的时空尺度分析 18
2.1 流场的描述、流线、迹线和染色线 18
2.1.1 流体的基本运动 18
2.1.2 描述流动的基本方法 18
2.1.3 流线、轨迹线 21
2.1.4 染色线 24
2.1.5 流态的无不变性 30
2.1.6 流动流态的物理解说 31
2.2 观测流动的时空尺度分析（实验设计） 32
2.2.1 时间、空间尺度问题 32
2.2.2 流动的时空尺度分析 34
2.2.3 若干仪器的时空尺度举例 37
2.2.4 理想的观测手段 42
参考文献 44
第3章 直接注入法流动显示及其动力学问题 45
3.1 直接注入法流动显示 45
3.1.1 空气（风洞）介质 45
3.1.2 水流介质（水洞、水槽等）及水动力学的应用 53
3.1.3 注意要点 63
3.2 示踪粒子动力学分析 64
参考文献 74
第4章 表面流动显示方法及分析 75
4.1 表面流动显示方法 75
4.1.1 油流法（风洞） 75
4.1.2 染色液表面流动显示法（水介质） 76
4.1.3 其他方法（详见后面章节） 78
4.2 油流线及油流谱分析 78
4.2.1 油流线与壁面摩擦力线之间的关系 78
4.2.2 油流流谱特性分析 80
参考文献 87
第5章 度量沿程密度的光学流动显示 88
5.1 引言 88
5.2 沿光线光程的流动显示方法的光学基础 89
5.2.1 格代（格拉德斯通-代尔）公式 89
5.2.2 光线在非均匀折射场中的偏析 90
5.3 若干光学仪器原理简介 91
第6章 激光空间流动显示（光致发光） 100
6.1 引言 100
6.2 光的散射效应及米氏散射 101
6.3 光的非弹性散射及光致发光效应 102
6.4 激光诱导荧光（磷光）流动显示 105
6.5 激光器及激光片光技术 109
6.6 应用举例 119
参考文献 130
第7章 流动图像与图像数字化的基本概念 131
7.1 光度、色度学等的基本概念 131
7.1.1 光度学（定量确定可见光） 131
7.1.2 色度学 134
7.2 数字信号的一些基本概念 140
7.3 数字图像的一些基本概念 151
参考文献 168
第8章 数字图像处理的基本方法 169
8.1 引言 169
8.2 图像的增强 169
8.2.1 对比度增强——对比度扩展技术 169
8.2.2 直方图改善的图像增强 171
8.2.3 图像的平滑 175
8.2.4 图像的锐化 179
8.2.5 假（伪）彩色增强处理 183
8.2.6 多光谱图像增强 185
8.3 图像的退化与复原 186
8.3.1 引言 186
8.3.2 一般的图像复原模型 187
8.3.3 图像的几何校正 188
8.3.4 逆滤波法（空间频率域） 192
8.3.5 均匀直线运动模糊的消除 194
第9章 三维图像的摄取和处理 197
9.1 三维成像 197
9.1.1 透视变换模型 197
9.1.2 广义坐标系 199
9.2 立体摄像及显示 203
9.2.1 立体摄像 203
9.2.2 立体图像显示 204
9.3 由投影图重建三维图像 205
9.3.1 引言 205
9.3.2 傅里叶变换重建 206
第10章 流动显示定量化的基本概念 211
10.1 引言 211
10.2 流动显示的定量化 211
10.3 流动显示定量化的基本系统组成——全流场观测的基本系统 212
10.4 几种流场定量化的方法和技术实例介绍 214
10.4.1 氢气泡网格流动显示定量化 214
10.4.2 激光诱导荧光技术 216
第11章 表面压力、温度定量化流动显示 235
11.1 引言 235
11.2 压敏漆技术 236
11.2.1 基本测压原理 236
11.2.2 压敏化技术简介 238
11.2.3 误差分析 240
11.2.4 实用例子 241
11.2.5 特色及问题 245
11.3 温敏漆技术 245
11.3.1 温敏漆原理 245
11.3.2 温敏漆应用 247
11.4 热色液晶技术 249
11.4.1 液晶：液态晶体 249
11.4.2 应用实例 249
11.5 红外热像仪技术 254
参考文献 258
第12章 粒子图像测速基础 259
12.1 示踪速度场测量技术概要 259
12.2 基本原理及组成 260
12.3 PIV的光源照明系统 262
12.4 PIV的记录系统 268
12.5 粒子布散及粒子图像——粒子问题是能否应用的关键 271
12.6 粒子位移大小问题 273
12.7 粒子图像处理系统 273
12.8 判读区大小和扫描判读的选择 280
12.9 数字粒子图像测速系统 282
12.10 误差分析 287
12.11 二维粒子图像测速2D-PIV的应用技术 288
12.12 体视粒子图像测速（SPIV） 300
12.12.1 体视粒子图像测速简介 301
12.12.2 数字体视粒子图像测速系统原理简介（DSPIV） 304
参考文献 310
第13章 PIV及其应用 312
参考文献 325
第14章 激光诱导荧光测速技术 326
14.1 引言 326
14.2 图像相关测速 327
14.3 多普勒全场测速技术 329
参考文献 335
第15章 光学干涉测量技术 336
15.1 干涉技术的基本原理 336
15.2 干涉条纹的反演计算 338
15.3 干涉法测量实例 340
15.4 数字全息干涉测量技术（标量场） 346
参考文献 352