一、研究背景

颗粒与壁面碰撞动力学研究是能源、化工及材料科学领域的核心课题，影响能源设备效率与可靠性，如流化床反应器设计。高速摄像机凭借高时空分辨率，成为实时捕捉粒子碰撞轨迹、量化能量耗散行为不可或缺的可视化工具。

颗粒碰撞后的反弹行为由恢复系数COR表征，受粒子属性（粒径、杨氏模量）、壁面特性（材料刚度、表面层结构）及碰撞速度共同调控。传统接触式传感器无法捕捉微秒级瞬态过程，容易干扰粒子运动轨迹。东南大学研究团队采用千眼狼Revealer高速摄像机以40,000fps帧率非接触动态追踪50μm 级粒子碰撞全程。

二、实验设计

实验设计一套微粒碰撞动态捕捉装置，由颗粒发射系统和速度测量系统组成(图1)。颗粒发射系统选取聚苯乙烯（PS）与二氧化硅（SiO₂）颗粒（粒径50–100 μm）为典型颗粒，分别撞击钼（Mo）和特氟龙（Teflon）靶面。通过调节颗粒速度（0–30 m/s）、粒径及靶材属性，系统性研究COR的动态演变规律。速度测量系统利用位移平台将目标表面和喷嘴精确地对齐在同一轴线上，调整高速摄像机焦距至喷嘴中点，通过调节喷嘴与目标之间距离，实现物理视场尺寸和像素分辨率的优化，确保高速摄像机能准确捕捉颗粒运动轨迹。

三、高速摄像机的技术应用

1）追踪碰撞轨迹

高速摄像机以40,000fps帧率捕捉碰撞视频序列，通过分析软件逐帧分析。以50μm PS颗粒撞击Mo靶面为例（图2），系统可精确测量颗粒入射角、反射角及速度分量，计算法向恢复系数。数据表明，COR随碰撞速度呈现“粘附-过渡-稳定-塑性变形”四个阶段演化特征，高速摄像技术为碰撞动力学区域划分提供直接证据。

2）解析能量耗散机制

通过对比不同粒径（50μm与100μm PS颗粒）的碰撞过程，高速摄像机揭示了弹性力学与阻尼力的主导作用差异。大颗粒因惯性效应显著延长接触时间，其弹性恢复力增速快于黏性耗散，导致更高的COR值。这一发现为优化颗粒材料设计提供了重要依据。

3）验证离散元模拟模型

针对靶面预置颗粒层的复杂工况，采用离散元法（DEM）模型验证堆积模式立方体堆积、六边形堆积与层厚对COR的调控规律，利用高速摄像机为DEM的验证提供重要的实验图像依据。实验结果表面，六边形堆积结构因交替接触模式降低能量耗散效率，COR值较立方体堆积结构低20%。

千眼狼高速摄像机在本次颗粒与壁面碰撞实验中提供了多尺度的时空解析能力，成为颗粒动力学研究的基准验证工具，40,000fps高帧率精准量化了COR动力学分区，通过解析粒子速度-位移关系，为DEM模型验证提供序列图像数据，推动从微观参数到宏观现象的跨尺度预测。

四、千眼狼NEO 25 高灵敏超高速摄像机 

1280×640 分辨率下可实现40,000fps采集帧率