CN109282963A - 基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法，该方法首先需制备具有两种以上荧光物质的磁性荧光粒子，然后将磁性荧光粒子预先置入分层的预混通道中，预混通道对应不同的流体，磁性荧光粒子与流体预混后共同进入试验段形成流场；再根据不同荧光粒子的反射光波长，在记录摄像机上安装不同波段的滤波片用于接受不同磁性荧光粒子的反射光，从而实现多相流体流场的流动形态和运动特性的同步观测；试验完毕后利用磁性荧光粒子的磁性对其进行回收。本发明的磁性荧光粒子可以多次使用于不同实验中，也大大降低了实验成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性荧光粒子，具体涉及一种基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法，属于流动测量技术领域。
背景技术
在现代航空、航天、船舶、潜艇等流体力学的重要应用领域中，流动测量技术在流体实验研究中具有重要意义。流体力学的实验研究中，为了获取流场内部运动特性等不直观的现象，PIV技术蓬勃发展起来并得到了广泛的应用。目前PIV技术可以获取流场中的运动特性，使得流体实验可以得到更多信息，具有良好的发展前景，对流体基础实验研究手段起到了重要的补充作用。PIV对流场的测量是通过记录并分析流场中所撒布的示踪粒子的位置实现的：PIV系统中的激光光源照射流场中的粒子，配套的CCD相机记录示踪粒子的位置并通过后处理软件进行分析可得出局部的流场结构、流速等信息。但是，PIV技术仍具有很大的局限性，目前通过PIV技术仅可测量单相流体的部分区域，对于通气空化等多相流场的运动特性测量，需要多次实验完成，这使得实验测量结果失去了同步性。由于流体性质迥异，示踪粒子在气液两相流体中具有不同的运动状态，在CCD记录和分析流场状态时不同相流体中示踪粒子相互掺混，使得流场PIV结果较为混乱，无法观测准确流场数据。同时，由于PIV所需的粒子均匀散布在了工作流体中，在实验结束后难以回收这些粒子，对工作流体造成了污染，不利于工作流体的再利用，也造成了经济上的浪费。因此，同步多相流场PIV观测，以及观测粒子的回收是流体实验中亟待解决的问题，具有较好的应用前景和经济价值，对保护环境，绿色实验具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法，能够实现多相流体流场的流动形态和运动特性的同步观测。
一种基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法，该方法实现的步骤如下：
步骤一：制备具有两种以上荧光物质的磁性荧光粒子；
步骤二：将磁性荧光粒子预先置入分层的预混通道中，预混通道对应不同的流体，磁性荧光粒子与流体预混后共同进入试验段形成流场；
步骤三：根据不同荧光粒子的反射光波长，在记录摄像机上安装不同波段的滤波片用于接受不同磁性荧光粒子的反射光，从而实现多相流体流场的流动形态和运动特性的同步观测；
步骤四：试验完毕后利用磁性荧光粒子的磁性对其进行回收。
进一步地，所述磁性荧光粒子由中心磁核、聚合物、荧光物质和保护膜组成，所述聚合物依靠化学键与中心磁核相连，聚合物的表面附着反射不同波长反射光的荧光物质，所述聚合物的外部由保护膜实现整体封装；所述磁性荧光粒子的直径由聚合物的长度决定。
进一步地，所述磁性荧光粒子直径控制为5μm和50μm，分别用于气相和液相流动。
进一步地，所述荧光物质分为三种，在固定波长532nm入射光的照射下，第一种荧光物质反射578nm的反射光；第二种荧光物质反射595nm的反射光；第三种荧光物质反射620nm的反射光。
进一步地，所述第一种荧光物质为藻红蛋白、第二种荧光物质为四乙基罗丹明、第三种荧光物质为四甲基异硫氰酸罗丹明。
有益效果：
1、本发明通过磁性荧光粒子上不同荧光物质的反射光波长，在记录摄像机上安装不同波段的滤波片用于接受不同荧光物质的反射光，实现对多相流体流场的流动形态和运动特性的同步观测。
2、本发明的磁性荧光粒子中心为磁核，具有一定磁性，结束试验后采用磁铁吸附磁性荧光粒子实现示踪粒子的回收再利用，使得磁性荧光粒子可以多次使用于不同实验中，也大大降低了实验成本。
附图说明
图1为磁性荧光粒子的结构示意图。
图2为多相流体试验前段的粒子混合示意图。
其中，1-中心磁核、2-聚合物、3-荧光物质、4-保护膜、5-磁性荧光粒子、6-预混通道、7-导管。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法，该方法依赖磁性荧光粒子来实现。
如附图1所示，磁性荧光粒子由中心磁核1、聚合物2、荧光物质3和保护膜4组成，聚合物2的一端依靠发生化学反应后的化学键与中心磁核1相连，聚合物另一端的表面附着反射不同波长反射光的三种荧光物质3，在固定波长532nm入射光的照射下，第一种荧光物质藻红蛋白(R-RE)反射578nm的反射光；第二种荧光物质四乙基罗丹明(RB200)反射595nm的反射光；第三种荧光物质四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)反射620nm的反射光。
聚合物2的外部由保护膜4实现整体封装；磁性荧光粒子5的直径由聚合物2的长度决定，磁性荧光粒子5直径控制为5μm和50μm，分别用于气相和液相流动。
如附图2所示，在进行试验时，先将磁性荧光粒子5置入分层的预混通道6中，该预混通道6分为三层，每层都置入一定量的磁性荧光粒子5，每层的上游入口处对应一个与流体相连的导管7，该实施例中最上层的导管接入的流体为空气、第二层接入煤油、第三层接入水；5μm的磁性荧光粒子5注入预混通道6的最上层，50μm的磁性荧光粒子5注入预混通道6的二和三层。磁性荧光粒子5在与流体充分混合后共同注入下游的试验段中，三种流体在试验段中混合在一起形成多相流体流场。
根据不同荧光粒子的反射光波长，在记录摄像机上安装不同波段的滤波片用于接受不同磁性荧光粒子5的反射光，从而实现多相流体流场的流动形态和运动特性的同步观测。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于磁性荧光粒子的多介质示踪方法，其特征在于，该方法实现的步骤如下：
步骤一：制备具有两种以上荧光物质的磁性荧光粒子；
步骤二：将磁性荧光粒子预先置入分层的预混通道中，预混通道对应不同的流体，磁性荧光粒子与流体预混后共同进入试验段形成流场；
步骤三：根据不同荧光粒子的反射光波长，在记录摄像机上安装不同波段的滤波片用于接受不同磁性荧光粒子的反射光，从而实现多相流体流场的流动形态和运动特性的同步观测；
步骤四：试验完毕后利用磁性荧光粒子的磁性对其进行回收。
2.如权利要求1所述的多介质示踪方法，其特征在于，所述磁性荧光粒子由中心磁核、聚合物、荧光物质和保护膜组成，所述聚合物依靠化学键与中心磁核相连，聚合物的表面附着反射不同波长反射光的荧光物质，所述聚合物的外部由保护膜实现整体封装；所述磁性荧光粒子的直径由聚合物的长度决定。
3.如权利要求1或2所述的多介质示踪方法，其特征在于，所述磁性荧光粒子直径控制为5μm和50μm，分别用于气相和液相流动。
4.如权利要求1所述的多介质示踪方法，其特征在于，所述荧光物质分为三种，在固定波长532nm入射光的照射下，第一种荧光物质反射578nm的反射光；第二种荧光物质反射595nm的反射光；第三种荧光物质反射620nm的反射光。
5.如权利要求4所述的多介质示踪方法，其特征在于，所述第一种荧光物质为藻红蛋白、第二种荧光物质为四乙基罗丹明、第三种荧光物质为四甲基异硫氰酸罗丹明。
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