激光诱导荧光与微数字全息测速技术：微流场三维温度与速度同步测量的数值研究

本文研究了一种创新的方法，旨在实现微流场中温度和速度的三维同时测量，利用的是激光诱导荧光(LIF)和微数字全息粒子追踪测速(MDH-PTV)技术。这项工作由浙江大学清洁能源利用国家重点实验室的Longchao Yao、Xuecheng Wu（通信作者）等人合作完成，并与法国诺曼底大学的研究团队共同参与，由CNRS/UMR6614/CORIA的Gérard Gréhan和Kefa Cen教授指导。 激光诱导荧光是一种非侵入性手段，通过在微流体中引入两种不同荧光染料的双色颗粒，它们对特定波长的激光产生响应。这些颗粒在特定温度下会呈现不同的荧光强度比。微数字全息法则被用来精确地追踪这些颗粒的运动，因为全息图能够记录并分析颗粒的空间位置变化，从而推断出其速度信息。 论文提出了一种基于衍射的模型，该模型利用了散射光的聚焦与非聚焦特性来解析荧光强度比。当激光照射到含有双色颗粒的流体中，部分颗粒由于速度差异或热膨胀导致的位移而变得模糊，通过分析这种衍射图像，可以计算出两个荧光染料的相对强度，进而推算出温度分布。这种方法克服了传统测量技术中温度和速度测量相互独立的限制，提高了测量精度和效率。 为了验证这一模型的准确性，研究者进行了实验验证，通过与实际观测的粒子图像对比，确认了模型在实际微流场中的可靠性和实用性。结果显示，该方法能够有效提取微流场中温度和速度的三维信息，对于理解微尺度流体力学过程，如微流控器件内部的热传递和流动行为，具有重要的应用价值。 这篇数值研究展示了激光诱导荧光与微数字全息粒子追踪测速技术的有效结合，为微流场的实时、多参数测量提供了一种新颖且精确的方法，有望在生物医学、能源转换以及纳米技术和微观工程等领域发挥重要作用。