在线红外热像仪的高速液体喷雾可视化技术

在线红外热像仪将物体在电磁波谱的红外波段（1-1000 lm）中发出的热能转换为可见图像。它是表面温度测绘中一项正在发展且有用的技术，在许多应用领域中都具有巨大的机会，包括但不限于医学，农业，环境，维护，无损评估，热流体动力学，军事，汽车和制药。在线红外热像仪的最新进展允许获得具有高热和空间分辨率的热图像。在大多数在线红外热像仪应用中，主要目标不是绝对测量温度，而是热辐射的定性时间和空间分布。之前研究了红外热成像技术在流体力学和传热测量中的基本原理和技术。尽管其广泛用于表面流可视化中，但大部分并未揭示其在多相流场（如液体喷雾）的可视化中的应用。

研究者致力于开发一种基于在线红外热像仪的可视化和表征技术，该技术使用红外热成像来表征和可视化液体喷雾的整个流场。采用均匀加热的黑体背景作为热辐射源的发射器和红外探测器的接收器。提供一个二维图像，其中在强度标度上与每个像素关联的值说明了源发出的红外能量的数量，该源在通过喷雾时会衰减。对于给定的流体，此衰减是液滴大小，喷涂密度和被喷涂材料的复折射率的函数。因此，由于发射器强度的衰减，红外检测器接收到衰减的信号，以记录该衰减图像以提供喷雾的衰减图像。之后，对该图像进行后处理，以研究喷雾内的液滴传输。它通过两个喷雾雾化器展示了其技术：高速旋转钟形雾化器和大体积低压（HVLP）空气辅助雾化器。

图为高速旋转钟形雾化器的红外热成像可视化显示，液体流量为400cc/min。

在线红外热像仪方法与高速摄影相似，在高速摄影中，背光用于照明，其中光源和成像设备位于要成像的对象的相对侧，同时彼此面对。相较于照相方法，红外热成像方法的主要优势是由于喷雾使红外波长的衰减小于可见波长。这是因为具有相同尺寸分布的散射和吸收介质（如液体喷雾）中的电磁波的衰减将随着电磁光谱中波长的增加而减小。这一优点使红外热成像方法能够揭示出喷雾流场非常密集部分中的详细结构，否则高速摄影无法看到这些结构。结果表明，新型的在线红外热像仪液体喷雾可视化和表征技术已得到开发和实施。该技术基于背景发出的红外能量在到达检测器之前先行通过喷雾。

参考文献

Nelson K. Akafuah, Abraham J. Salazar, Kozo Saito. Infrared thermography-based visualization of droplet transport in liquid sprays. Infrared Physics & Technology.