资源环境学院依托甘肃省细颗粒物污染控制与装备工程研究中心建立流体粒子测试共享平台，平台设在观云楼1618实验室，共有两台设备分别为激光多普勒粒径测速仪（PDPA）和粒子图像测速系统（PIV），用于流体及粒子的流动速度和粒子粒径等参数测定。两台设备具体情况，请见以下内容：

激光多普勒粒径测速仪（PDPA）

1.设备概述

激光多普勒粒径测速仪（型号PS-TM-1D-515）是美国TSI公司生产的一款高性能、非接触式光学测量仪器。它基于相位多普勒干涉原理（PDA/PDIA），能够同时、实时地测量运动颗粒的粒径（直径）和速度（一维），是研究多相流、气溶胶动力学、喷雾特性等领域的关键设备。本设备于2020年6月在兰州大学资源环境学院正式投入运行，为相关学科的创新研究提供高精度数据支持。

2.工作原理与技术特点

测量原理：设备发射两束相交的特定波长（515nm）激光，在交汇处形成微小的干涉条纹测量体。当粒子穿过该区域时，接收探头会侦测到粒子散射光产生的多普勒频率信号（与速度成正比）和相位差信号（与粒径成正比），经高速信号处理器解算后，即可获得粒子的瞬时速度与粒径。

核心特点：

同步测量：一次性测量即可获得单个粒子的粒径和速度信息，并能进行关联统计分析。

非接触、无扰动：光学测量方式不干扰流场，结果真实可靠。

高时空分辨率：测量体极小，能分辨微米尺度的颗粒和毫秒级的动态变化。

一维测速：精确测量粒子在激光平面法线方向的速度分量。

3.详细技术参数与配置

1）光学与探测系统：

激光源：固态激光器，波长515nm（绿光），输出功率300mW。该波长对多种粒子散射灵敏度高，尤其适用于液滴和常见气溶胶。

发射探头：口径58mm，内置光束成形与扩束光学部件。

接收探头：口径70mm，前向接收散射光，配备高质量透镜组和光电探测器。

信号处理器：采样频率高达400MHz，多普勒频率范围100MHz，确保对高速、微小粒子信号的高保真捕获与处理。

2）测量性能指标：

动态粒径范围：0.1μm~800μm。覆盖从亚微米级气溶胶到较大液滴/颗粒。

动态速度范围：-100m/s~+500m/s。负值表示反向流动，适用于复杂流场分析。

粒径测量精度：依赖于标定与粒子折射率，通常在标称范围内精度优于±2%。

速度测量精度：典型值优于测量值的±0.5%。

3）主要配套装置：

高浓度气溶胶发生器：用于产生单分散或多分散的标准测试气溶胶。

可生成粒径分布：0.1–2μm（中位径约3.3μm）。

输出浓度：>10⁷个/cm³。满足设备高浓度标定和测试需求。

高精度三维电动坐标台：

行程范围：X-Y-Z各600mm。

控制方式：计算机程控，可精确定位测量体在空间中的位置，实现二维平面扫描或三维空间定点测量，用于绘制流场剖面图。

4.核心功能与应用领域

1）核心功能：

颗粒/液滴的粒径分布统计测量。

颗粒/液滴的速度分布及平均流速测量。

粒径与速度的联合概率分布（P-V相关性）分析。

基于坐标台的空间流场扫描与剖面测量。

2）典型应用体系：

气溶胶科学：研究大气颗粒物（PM2.5/PM10）的传输、蒸发/冷凝过程。

喷雾与雾化：分析燃油喷嘴、农药喷雾、雾化冷却等液滴的粒径和速度场。

两相流与多相流：测量管道中气固、气液两相流的颗粒动力学参数。

流体力学研究：如边界层流动、射流、湍流中颗粒的跟随性研究。

燃烧诊断：测量燃料液滴的尺寸和速度（需配合专用燃烧器）。

图 激光多普勒粒径测速仪

二、粒子图像测速系统（PIV）设备简介

1.设备概况

TSI粒子图像测速系统（ParticleImageVelocimetry,PIV，型号TR-SS-2D）是美国TSI公司生产的一款高精度、非接触式全场光学测量仪器。它基于粒子图像测速原理，通过记录示踪粒子的瞬时位移，能够一次性获得流场截面的二维速度矢量分布，是实验流体力学中进行流场结构、湍流特性及旋涡动力学研究的核心设备。本系统于2019年安装于兰州大学观云楼1618实验室并投入运行，为流体力学及相关交叉学科的研究提供了先进的量化观测手段。

2.工作原理与技术特点

测量原理：系统向被测流场中播撒示踪粒子，由双脉冲激光器产生的片光照明待测平面，高速相机在两次激光脉冲的极短时间间隔内，连续拍摄两幅粒子图像。通过专用软件对图像进行互相关分析，计算各区域内粒子群的位移，从而获得该平面内完整、瞬时的二维速度矢量场。

核心特点：

全场测量：一次性获取整个测量平面内数以万计的速度矢量，直观揭示流场结构。

非接触、无扰动：光学测量方式不干扰流场，尤其适用于复杂、敏感流动的研究。

高空间分辨率：速度矢量网格可达到毫米甚至亚毫米尺度，能精细解析剪切层、边界层等流动细节。

动态范围宽：配合不同镜头和成像配置，可测量从低速（厘米/秒级）到高速（数百米/秒）的广泛流速。

3.详细技术参数与配置

1）光源与成像系统：

激光器：一体化双脉冲固体激光器，波长532nm/561nm（绿光），单脉冲能量500mJ，脉冲宽度可调，可产生厚度小于1mm的片光。

相机：高分辨率、高帧率科学级CCD/CMOS相机，配合250mm/500mm焦距专业镜头，确保图像清晰度和空间分辨率。

同步控制器：精确控制激光脉冲与相机曝光的时序，时间精度达纳秒级，是获得高精度位移数据的关键。

2）测量性能指标：

速度测量范围：0.01m/s~500m/s（取决于镜头配置与时间间隔）。

空间分辨率：最高可达0.5mm×0.5mm（矢量网格尺寸）。

测量不确定度：典型值优于测量值的±1%（在良好示踪条件下）。

采样频率：最高可达1000Hz（双帧模式），支持高速瞬态过程捕捉。

3）主要配套装置：

高精度三维坐标架：用于精确定位和移动测量头（激光片光发射器与相机），实现不同测量截面的快速、准确定位。

温湿度控制单元：可为实验段提供20–200℃、控制精度±0.05℃的稳定温湿度环境，满足特殊条件流场实验需求。

粒子发生器：可产生粒径均匀、跟随性好的示踪粒子（如橄榄油雾、DEHS等），确保流场标记质量。

4.核心功能与应用领域

1）核心功能：

二维平面瞬时速度矢量场测量。

时均流场、脉动速度场及雷诺应力张量计算。

流场涡量、应变率等微分量的导出与分析。

流动可视化与瞬态流动结构（如涡旋、剪切层）的捕捉与识别。

2）典型应用体系：

湍流基础研究：解析湍流结构、能谱、拟序结构演化及能量传递过程。

空气动力学与水动力学：研究翼型绕流、车辆尾迹、船舶兴波、涡激振动等流动问题。

旋流与复杂流动：测量燃烧室、旋风分离器内的旋流场、回流区结构。

微尺度流动：配合显微镜头，进行微流道、生物芯片内的流动测量。

工程热物理：研究换热器内流场、火焰传播与流固耦合传热等。

图 粒子图像测量系统

五、设备使用与预约

1）使用模式：本设备实行开放共享预约制，面向校内外科研团队开放。

2）预约流程：用户需通过甘肃省细颗粒物中心共享管理平台在线提交使用申请，说明实验目的、样品性质和测试要求。

3）上机要求：为确保设备安全与数据质量，首次使用者必须接受由设备负责人组织的操作培训与考核。用户需自备符合要求的实验样品与耗材，并在测试前与负责人充分沟通实验方案。

4.数据提供：设备配套专业分析软件，可提供原始数据及基础分析结果。用户可根据需求进行深度数据处理。

六、联系方式与支持

联系人：王老师

联系电话：15101319998

所属单位：兰州大学资源环境学院

我们欢迎环境科学、大气科学、流体力学、化学工程、能源动力、机械工程等领域的专家学者和研究团队前来咨询、预约使用，共同利用这一先进平台推动科研进展。