微尺度对流周围温度和流动的二合一映射
东京都立大学的研究人员发明了一种测量对流羽流中流体的温度和速度分布的方法，测量范围为毫米级，测量精度为 3D。他们结合近透视 吸收成像和图像处理，将示踪粒子的运动与光吸收快照区分开来，从而生成平滑的速度和温度图。该技术有望为优化微型加热和冷却设备的设计提供新的见解。
精确绘制微尺度上热量和物质流动的地图对于微型加热和冷却设备的设计至关重要。一个典型的例子是液冷微处理器，其中的流动将直接影响热量从芯片中带走的效率。多年来，这导致了各种用于绘制流动和温度的技术的出现;例如，微小“示踪剂”粒子的视频跟踪可以产生精确的流动图。但是，尽管存在分别绘制不同数量的方法，但科学家仍在寻找实现同时绘制多个数量的最佳方法，尤其是在三维空间中。
由 Naoto Kakuta 教授领导的东京都立大学研究小组一直在研究使用近透视 成像技术捕捉流体的温度图。水对近透视 (NIR) 光的吸收与温度有关;通过使用多台 NIR 摄像机绘制样品不同部分的吸收量，他们可以创建精确的 3D 温度图。在之前的工作中，他们成功地应用了这种方法来可视化微小的对流羽流，其中流体体积的微观部分的加热会产生垂直的循环流。
但虽然可以绘制温度图，但无法同时绘制流动曲线。这是一个重大缺点，因为对流流动具有热传输和流动之间复杂的耦合。但简单地添加示踪粒子并应用现有方法需要使用高功率 LED 或激光进行额外照明。
该团队已经注意到，注入相同流体的示踪粒子会在用于创建温度图的 NIR 照明上投下阴影。前期工作通过简单地观察阴影如何移动，帮助制作了二维地图。现在，他们已经成功地使用用于 NIR 成像的相同双摄像头系统创建了完全 3D 地图。通过处理图像，他们可以将阴影与吸收曲线分离，使用相同的数据提取流量和温度的 3D 图。
将该技术应用于相同的微观羽流，该团队不仅成功绘制了微小热源周围的温度变化，还绘制了流动剖面图。他们还证实了他们的地图与数值模拟预期的热量和速度剖面图之间存在密切的对应关系。他们的新方法简单易行，有望深入了解微尺度对流羽流的形成，以及它们如何影响尖端设备的性能。
这项工作得到了三丰科学技术协会 (批准号 R2002) 的支持。
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