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为了开展三维显微粒子追踪测速研究,本文搭建了一套高速显微散焦粒子图像三维测速系统。开展了散焦粒子图像获取方法及粒子空间坐标的标定研究,编写了粒子识别、轨迹追踪等算法代码,针对方形长直微通道、倒置台阶结构微通道及阵列方块结构微通道进行了实验研究。主要研究内容如下:首先,根据散焦成像原理,在原二维Micro-PTV/PIV系统装置的基础上对其光路系统进行了升级。在显微物镜后端嵌入了一种孔边缘厚度0.1mm,距挡板边缘间厚度成线性分布的三孔挡板。在粒子散焦像识别的过程中利用了相似三角形的特点,并根据散焦像斑灰度值呈二维高斯分布的特征计算其质心。在粒子三维位置测量算法分析过程中选择了29颗样品粒子,对29组不同深度的数据采用线性拟合的方式进行粒子深度方向的标定,并用二元多项式对870组数据拟合获得了关于粒子平面位置漂移的补偿函数。随后,开展了散焦显微粒子图像测速实验。采用20?0.4显微物镜对205?m?205?m的流体视场进行观测,使用高速CMOS相机以1000帧/秒的速率对直径为2?m的荧光示踪粒子进行追踪。通过光学和图像分析得到了粒子散焦图像构型参数,即粒子散焦图像的直径与质心。根据深度标定函数计算出粒子的实际深度位置,通过粒子水平方向上的补偿函数对其位置进行修正,最终获得示踪粒子的三维运动轨迹及速度矢量。为了验证散焦显微粒子图像测速系统的可靠性与测量的准确性,首先针对矩形长直微通道内雷诺数Re分别为0.05和0.1的流场进行了测量。结果显示,实测速度廓线与数值模拟结果吻合良好。接下来,开展了微通道内倒置台阶结构的绕流实验,获得了粒子运动轨迹及三维速度分布。粒子的运动轨迹与数值模拟所获流线是一致的。在以上验证实验的基础上开展了微通道内方块阵列结构的三维绕流流场的测量。结果表明,该测量系统能够实现复杂三维结构的粒子运动轨迹的追踪。绕流流场总体呈现三维周期性结构,但由于障碍物绕流的复杂性,某些局部位置绕流流场的周期性被打破,出现流动不稳定特征。