利用带内部标记示踪粒子直接测量涡量

当前涡量测量的实验技术在分辨湍流中小尺度涡动力学时受限于空间与时间分辨率。本研究基于数字同轴全息术（DIH）发展了一种流体流动中直接测量涡量的新方法。DIH 系统利用准直激光束照射带内部标记的示踪粒子，并由数字传感器记录所生成的全息图。示踪粒子由聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚物与内部标记混合制成，采用标准微流控液滴发生器制备。我们基于内部标记的 3D 位置重建与追踪开发了旋转测量算法，并通过合成全息图评估以确定最优参数设置与测量范围（例如，在成像数值孔径 0.25 下旋转率 0.3 至 0.7 rad/frame）。我们所提基于 DIH 的方法通过单示踪粒子旋转标定实验评估，得出相同最优测量范围。利用 von Kármán 旋流装置，我们进一步展示了该方法同时测量多个示踪粒子拉格朗日旋转与平移的能力。我们的方法可在 100 ${\mu}$m 或更小量级的小区域内测量涡量，并有望用于量化湍流中的 Kolmogorov 尺度涡量场。