中文摘要：

流场的动态显示和测量，无论对于流体力学、气动力学、材料科学、以及生物医学研究，还是对于各种飞行器、水下航行器设计，都具有重要的科学意义和应用价值。本项目以二维傅里叶变换、数字图像处理及光全息理论为基础，针对各种复杂流场、脉冲激光诱发的液态工质激波场，以及多相流扩散场的动态显示与测量的需求，研究新的数字全息干涉测量方案、全息图记录光路系统以及与数字全息干涉图的数值重建算法，建立一套先进的数字全息干涉测量方法，实现对复杂流场的动态显示与测量。具体研究内容包括①复杂气流场和水流场的动态显示与数值重建；②脉冲激光作用于液态工质产生的激波场的形貌及动态演化过程；③多相流传质过程的动态显示与测量。以期获得各种复杂流场的动态形貌及其演化规律，为建立复杂流场的流体动力学模型，优化和改进流场分布特征的设计，以及多相流传质过程的分析，提供有效的理论和实验支持。

结论摘要：

本项目围绕基于数字全息干涉术的复杂流场动态显示与测量方法展开研究，取得的主要进展如下（1）结合不同流场的特点及理论模型，研究建立了重建物光波前相位信息与待测流场特征量的关系，并利用特殊设计的数字全息干涉光路，实验获得了待测物场的浓度、密度、温度分布等特征量，主要包括①基于Fick第二定律并引入角度、波长复用技术，提出了三相流扩散过程中溶质浓度变化的动态数字全息干涉测量方法；②利用设计的缩微数字全息干涉光路，实现了蛋白质结晶过程中母液浓度分布及其变化的动态测量；③提出利用数字全息干涉术研究玻璃板中热传导过程的动态温度分布及热扩散系数并得到理论和实验验证；④利用设计的光纤数字全息干涉光路，实验获得了瑞利-伯纳德对流形成过程中样品池温度场的动态分布并得到数值模拟验证；⑤实验研究了散热片散热过程中周围空气温度场分布特征并得到数值模拟验证；⑥理论和实验研究了化学反应过程中处于非稳态的各种粒子溶度分布与重建物光波前相位变化的关系，建立了反应-扩散过程的非稳态模型；⑦理论和实验研究了脉冲激光作用液态工质产生的激波场及其动态演化，得到了液体烧蚀时的反冲压特性；⑧利用特殊设计的数字全息干涉光路，实现了对风洞中模拟翼型周围气流场分布的动态显示；⑨提出并设计了一种基于空间角分复用技术的光纤数字全息干涉实验光路，实现了待测物场的纳秒尺度时间分辨率和大景深数字全息干涉测量；⑩利用数字全息干涉术实验研究了激光诱发液体中粒子的热迁移现象，从流场温度分布角度分析和揭示了粒子的热迁移运动规律。（2）针对不同复杂流场的动态显示和可视化测量，通过引入波长复用、立体角分复用以及合成孔径等新技术，对数字全息干涉实验光路进行了优化设计，改善了测量系统的空间带宽积，减弱了环境噪声影响，并进一步优化并改进了物场的数值重建算法。（3）根据不同流场待测物理量与数值再现的数字全息干涉图样之间的内在联系，建立了不同待测物理量的信息提取方法，理论和实验研究了体数据获得与显示方法。在上述研究的基础上，建立了一套先进的数字全息干涉测量方法，该方法综合了对流场的定性和定量分析功能，可获得各种复杂流场特征量的分布及其动态演化规律，具有光路系统简单、全场、实时、非接触、非破坏且高灵敏度等优点，可为建立复杂流场的流体动力学模型，优化和改进流场分布特征的设计，提供有效的理论和实验支持，具有重要的科学意义和应用前景。