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第一章 工程热物理研究方法 1

1-1 测量与误差分析 1

一、测量系统的组成 1

二、测量误差与测量精度 3

三、误差的分析与处理 4

1-2 相似模拟方法 12

一、相似理论 12

二、近似模拟方法 15

三、相似模拟应用举例 18

1-3 比拟模拟方法 24

一、直接比拟模拟 25

二、间接比拟模拟 29

1-4 数字模拟方法 33

一、数学模型的分类 33

二、数学模型的建立 35

三、数学模型的数字模拟方法 36

四、数字模拟方法的应用举例 46

第二章 测量系统特性 50

2-1 测量系统的静态特性 50

一、测量系统的基本静态特性 50

二、测量系统的静态性能指标 51

2-2 测量系统的动态特性 55

一、动态测量系统的数学模型 55

二、传递函数 57

三、典型测量系统的动态特性 60

2-3 测量系统的瞬态响应 63

一、脉冲响应特性 64

二、阶跃响应特性 64

一、频率特性 69

2-4 测量系统的频率响应 69

二、一阶测量系统的频率响应 71

三、二阶测量系统的频率响应 72

四、线性测量系统的频率响应 73

2-5 测量系统动态特性的标定 74

一、频率响应法 74

二、阶跃响应法 76

2-6 测量系统动态性能改进方法 78

一、改善一阶测量系统动态性能的方法 79

二、改善二阶测量系统动态性能的方法 80

三、动态补偿滤波器 81

第三章 传感器 85

3-1 温度传感器 85

一、热电阻传感器 85

二、热电偶传感器 89

三、晶体管温度传感器 92

四、石英晶体传感器 94

3-2 压力传感器 95

一、电阻应变式压力传感器 95

二、压阻式压力传感器 98

三、压电式压力传感器 100

四、电位器式压力传感器 102

五、电容式压力传感器 103

3-3 湿度传感器 104

一、氯化锂电阻式湿度传感器 105

二、氯化锂露点式湿度传感器 106

三、电容式湿度传感器 107

四、Fe3O2胶体湿度传感器 108

五、MgCr2O4-T1O2湿度传感器 108

一、热导式气体浓度传感器 110

3-4 浓度传感器 110

二、热磁式氯量传感器 111

三、氧化锆氧量传感器 114

3-5 速度和流量传感器 115

一、热线风速仪 116

二、涡轮流量计 119

三、涡街流量计 121

四、电磁流量计 122

3-6 转换器 124

一、模拟-数字(A／D)转换器 125

二、数字-模拟(D／A)转换器 130

4-1 热辐射的基本知识 134

一、电磁波谱 134

第四章 热成像探测技术 134

二、发射率、吸收率、反射率、透射率 136

三、辐射的基本定律 138

四、辐射在大气中的传输 140

4-2 热成像系统 142

一、热成像原理 142

二、热成像系统的类型 143

三、热成像系统的基本参数 149

4-3 成像探测器 151

一、成像探测器的类型 152

二、成像探测器的工作条件 156

三、成像探测器的性能参数 157

四、对成像探测器的要求 160

五、常用成像探测器 160

一、热成像测温的优点 163

二、被测物体发射率对测温的影响 163

4-4 热成像测量物体表面温度 163

三、背景对测温的影响 168

四、大气对测温的影响 169

五、工作波长的选择 170

六、红外热成像系统的温度标定 171

七、热成像系统的探测距离 172

八、红外探测器的致冷装置 173

九、红外热成像系统的测温应用 173

第五章 干涉测量技术 177

5-1 干涉测量的光学基础 177

一、几何光学的基本原理 177

二、光的干涉现象和相干条件 183

三、相干光的产生 186

四、光源的相干性 190

五、激光 192

一、迈克尔逊干涉仪 195

5-2 经典干涉测量技术 195

二、台曼干涉仪 197

三、马赫-曾德干涉仪 198

四、法布里-珀罗干涉仪 204

五、双镜干涉仪 206

六、瑞利干涉仪 207

5-3 现代干涉测量技术 208

一、全息干涉测量 209

二、散斑干涉测量 230

5-4 干涉图像的处理 244

一、干涉条纹的前处理 244

二、干涉条纹位移量的判读 248

5-5 三维流场的层析干涉测量 252

一、三维流场多方向干涉数据获取方法 253

二、三维流场层析干涉图像重建理论 256

三、三维流场层析干涉的常用级数展开方法 262

四、轴对称火焰温度场的实时干涉测量 271

5-6 用双激光全息干涉同时测量温度场和浓度场 276

一、测量原理 277

二、光路系统 278

三、理想双激光干涉的计算 278

四、垂直平板周围温度场和浓度场的同时测量 283

第六章 激光测速技术 287

6-1 激光多普勒测速技术 287

一、激光多普勒测速的基本原理 287

二、激光多普勒测速的光学系统 291

三、激光多普勒测速的信号处理系统 297

四、激光多普勒测速技术的应用 304

一、激光双焦点测速的基本原理 314

二、激光双焦点测速的光学系统 314

6-2 激光双焦点测速技术 314

三、激光双焦点测速的电子信号处理系统 316

四、激光双焦点测速的数据采集 319

五、激光双焦点测速技术的应用 321

第七章 颗粒特性的散射测量技术 323

7-1 颗粒散射的光学基础 323

一、光的散射 324

二、光的衍射 326

7-2 颗粒散射特性 337

一、颗粒散射的特点 338

二、单颗粒的散射和吸收特性参数 340

三、粒子云的辐射特性 342

7-3 颗粒散射理论 344

一、Mie理论 344

二、颗粒吸收和散射的近似理论 347

三、均匀单颗粒散射特性的计算结果 351

7-4 粒子云的散射 353

一、颗粒尺寸分布曲线 353

二、颗粒尺寸分布函数 354

三、颗粒粒径分布对平均散射特性的影响 357

四、粒子云散射特性的极限情况 357

7-5 颗粒平均直径的激光散射测量技术 358

一、测量原理 358

二、测量系统 362

三、测量方法与数据处理 362

7-6 激光散射法测定颗粒的尺寸分布 364

一、测量原理 364

二、测量系统 368

三、三维粒子动态分析仪简介 369

一、流动显示方法 372

8-1 流动显示原理 372

第八章 流动显示和观测技术 372

二、照明和记录 374

三、流动图像的计算机显示 377

8-2 添加外来物的流动显示技术 379

一、外加粒子的类型 379

二、外加粒子的方法 381

三、流动方向和流动轮廓的显示 383

四、利用示踪粒子测量速度 386

五、速度剖面显示 387

六、表面流动显示 389

8-3 流动的光学显示 392

一、概述 392

二、光在非均匀密度场中的偏转 395

三、阴影法 396

四、纹影法 399

8-4 附加热或能量的流动显示技术 402

一、引入能量人为地改变密度 402

二、电火花示踪 403

三、低密度流动的显示 404

四、激光诱导荧光法 405

第九章 测量信号处理技术 408

9-1 信号处理基础 408

一、概述 408

二、时域分析和频域分析 410

三、随机信号处理 411

四、离散傅里叶变换 416

五、模拟信号的数字化 419

一、白噪音 421

9-2 信号中的噪音 421

二、有色噪音 423

三、脉冲噪音 423

四、随机噪音的波形 423

9-3 信号的预处理 428

一、解调 428

二、预滤波 428

三、幅值处理 428

四、去均值 429

五、去趋势项 429

六、预白化 431

9-4 信号平均 432

一、信号平均方法 432

二、Boxcar平均器 433

三、时域多点平均 434

一、经典滤波和统计滤波 437

9-5 信号的滤波 437

二、模拟滤波器 443

三、数字滤波器 447

9-6 信号的平滑处理 447

一、概述 447

二、单纯移动平均法 451

三、多项式拟合法 451

四、适应平滑法 451

五、频域平均法 454

第十章 三维数据场的可视化 456

10-1 科学计算可视化概述 456

一、科学计算可视化概念 457

二、数据场的来源 458

三、数据的类型 459

四、数据场可视化的处理方法 460

一、数据预处理 461

10-2 三维数据场可视化的处理过程 461

二、影射 462

三、绘制 464

四、显示 464

10-3 数据场可视化技术的相关知识 464

一、几何变换 465

二、视图变换 465

三、颜色的基本知识 465

四、彩色图像显示 466

10-4 温度场激光全息干涉层析的可视化 467

一、三维干涉层析温度场的数据管理 467

二、三维层析干涉温度场可视化的二维转化 469

三、用色调图显示二维温度场 472

四、可视化软件 473

参考文献 479