Способ исследования скоростей в трехмерном потоке жидкости или газа

 

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ В ТРЕХМЕРНОМ ПОТОКЕ Ж1-ЩКОСТИ ИЛИ ГАЗА, предусматривающий введение в поток сферических светорассеивающих частиц нулевой плавучести, облучение их в исследуемой области ортогонально направлению потока пучком света, фоторегистрацию движущихся частиц в плоскости , ортогональной направлениям потока и пучка света, позиционно-чувствительным фотоприемником и измерение оптических и геометрических характеристик полученных при фоторегистрации треков частиц, по которым определяют соответственно координаты и скорости частиц в исследуемом потоке, отличающийся тем, что, с целью упрощения практической реализации способа, поток облучают однородным по сечению пучком света, спектральный состав которого задают из условия его частичного поглощенгя потоком, измеряют светораспределение в треках, по которому судят о координате частиц (Л ортогональной плоскости фоторегистрации . ел СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) ЗШ 601 Р520

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕПЬСТВУ

«»,ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3463870/18-10 (22) 05.07.82 (46) 07.08.84. Бюл. М 29 (72) Ю.Н. Власов (53) 532.574(088.8) (56> 1 Авторское свидетельство СССР

Ф 7)з500, кл. G 01 P 5/20, С 01 Р 3/36, 1978.

2. Van Иее1 P.А. Appl, Sci Res.

See А. 196 1, 10, К - 12, р. 109-112 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СКОРОСТЕЙ

В ТРЕХМЕРНОГ1 ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, предусматривающий введение в поток сферических светорассеивающих частиц нулевой плавучести, облучение их в исследуемой области ортогонально направлению потока пучком света, фоторегистрацию движущихся частиц в плоскости, ортогональной направлениям потока и пучка света, позиционно-чувствительным фотоприемником и измерение оптических и геометрических характеристик полученных при фоторегистрации треков частиц, по которым определяют соответственно координаты и скорости частиц в исследуемом потоке, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения практической реализации способа, поток облучают однородным по сечению пучком света, спектральный состав которого задают из условия его частичного поглощенгя потоком, измеряют светораспределение в треках, Я по которому судят о координате частиц ортогональной плоскости фоторегистрации.

1 1107

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной гидрогазодинав мике для исследований скоростных характеристик турбулентности трехмерно5

ro потока светопоглощающих жидкостей или газов.

Известен способ анало"ичного назначения, реализуемый 1 устройстве для определения характеристик турбулентности трехмерного потока жидкости, согласно которому исследуемый ноток с частицами освещают плоским лучом света, перемещаемым в ппоскости фоторегистрации, что позволяет за определенную временную реализацию определить третью координату скорости движения частиц, принимаемую за скорость движения потока (1 ), Недостатком данного способа является необходимость исследований скоростей в различных сечениях потока в различные моменты времени, что ограничивает область применения способа случаями сравнительно низкоскоростных течений.

Известен способ, согласно которому в исследуемый поток вводят сферические, светорассеивающие частицы нулевой плавучести, облучают их в исследуемой области ортогонально направлению потока пучком света, фоторегистрируют движущиеся частицы в плоскости, ортогональной направлению потока и пучка света позиционно-чувствительным фотоприемником и измеряют оптические и геометрические характеристики полученных при фоторегистрации треков частиц, по которым определяют соответственно координаты и скорости час40 тиц в исследуемом потоке.

Пучок света представляет собой набор плоских пучков различного спектрального состава. Полученный нцветовой сендвич" позволяет исследовать

45 поля скоростей одновременно в различных сечениях потока. Фоторегистрацию при этом проводят на цветную фотопленку (2 1.

Недостатком известного способа является сложность его практической реализации, вязанная с необходимостью применения ысокоинтенсивных источников полихроматического света и цветных фотопленок.

Цель изобретения — упрощение прак- > тической реализации способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования

058 2 скоростей в трехмерном потоке жидкости или газа, предусматривающему введение в поток сферических светорассеивающих частиц нулевой плавучести, облучение их в исследуемой области ортогонально направлению потока пучком света, фоторегистрацию движущихся частиц в плоскости, ортогональной направлениям потока и пучка света, позиционно-чувствительным фотоприемником и измерение оптических и геометрических характеристик полученных при фоторегистрации треков частиц, по которым определяют соответственно координаты и скорости частиц в исследуемом потоке, поток облучают однородным по сечению пучком света, спектральный состав которого задают из условия его частичного поглощения потоком, измеряют светораспределение в т,.еках, по которому судят о координате частиц ортогональной плоскости фоторегистрации.

В основе способа лежит то, что исследуемые жидкости и газы в гидрогазодинамическом эксперименте в большей или меньшей степени поглощают свет (по крайней мере, всегда можно найти частотный диапа=он светового излучения, поглощаемого исследуемой средой). Поэтому интенсивность света, рассеянного от частиц в различных сечениях потока в направлении фоторе— гистрации, будет различной и определяется законом Бугера, что приводит к тому, что светораспределение в треках частиц, расположенных в различных сечениях потока, также различное и зависит от координаты ортогональной плоскости фоторегистрации.

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 и 3 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг.1) содержит трубчатую импульсную газоразрядную лампу

1, расположенную в фокусе цилиндрической линзы 2. Последняя формирует однородный по сечению пучок света, Направляемый в исследуемую область потока 3 со сферическими светорассеивающими частицами нейтральной плавучести (не показаны). Ортогонально направлению потока и пучка света установлен позиционно-чувствительныи фотоприемник с проекционнои оптической системой, выполненный, например, в виде фотокамеры 4 и фоточувствительный материал (фотопленка) 5, ко1107058 з торым перекрыт светофильтр 6. Пропускание излучения последнего изменяется по координате (по закону Й ", чтобы чувствительность фотоприемника 4 по координате (удовлетворяла закону Бу- 5 гера. (Здесь р — коэффициент поглощения света; М вЂ” масштаб изображения).

Устройство работает следующим образом.

Подают на лампу 1 импульс дозированной энергии от накопительной системы (не показана). Лампа 1 вспыхивает на известное время, освещая поток 3 светом с равномерным по сечению пучка интенсивностью Зо .

В силу поглощения света жидкостью интенсивность последнего вдоль координаты Y будет убывать согласно закону Бугера.

График этой зависимости представлен кривой 7 на фиг.2.

Движущиеся в потоке 3 сферические частицы рассеивают свет, который регистрируется в плоскости фоторегистрации 1 2.В силу движения частиц их изображение на фотопленке 5 представляется в виде треков, длина которых определяется величиной скорости частиц. Оптическая плотность треков в режиме нормальных почернений фотопленки зависит от величины скорости и интенсивности светорассеяния частиц 3 . Последняя величина, в свою очередь, зависит от координаты Х (направления фоторегистрации) и опре35 деляется также законом Бугера. По,скольку в плоскости фоторегистрации светофильтр с характеристикой пропускания обратной закону Бугера и иллюстрируемой кривой 8 на фиг.2, то логарифм плотности почернения фотопленки E@ 3 не зависит. от координаты У, а определяется лишь координатой Х и величиной скорости частицы

V. Характерные кривые 9 — 13 этих

45 зависимостей представлены на фиг.3.

Таким образом, по фотонегативу, измерив длину трека по известной дли4 тельности световой вспышки, определяют скорость потока в данной точке, предположив, что скорости движения частиц и потока равны. Координаты частицы

Y u Z нетрудно определить также по фотонегативу. Координату Х, ортогональную направлению фоторегистрации, можно определить, зная коэффициенты светопоглощения и светорассеяния по плотности почернения фотопленки, абсолютным способом без градуировки.

Однако на практике значения этих коэффициентов, как правило, неизвестны и поэтому координата Х определяется по градуировочным кривым 9 — 13 (фиг ° 3). Градуировка проводится методом тонкого светового пучка, устанавливаемого в различных сечениях потока по координате Х в той же самой жидкости, с теми же частицами и с той же геометрией эксперимента. Если в качестве фоторегистратора движения частиц применять фотоаппарат, то предлагаемым способом возможно измерение трех координат частиц Х,(и 2 и двух компонент скорости V и J

Для большинства практических применений этого бывает достаточно.

При необходимости измерения третьей компоненты Ч необходима кинорегистрация движения частиц. При этом скорость в направлении фоторегистрации измеряется по скорости изменения светораспределения трека движущейся в направлении X частицы, что возможно сделать при сравнении двух соседних кинонегативов кинопленки.

Применение фотоэлектронной регистрации (электронно-лучевых трубок) позволяет определить скорость смещения частиц в направлении Х в реальном масштабе времени.

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет упростить практическую реализацию из-за отсутствия высокоинтенсивных полихроматических источников света и цветной фоторегистрации.

1107058 х, х х х„ юг. Я

Составитель А. Гордасевич

Редактор А. Козориз Техред Л. Коцюбняк Корректор А. Тяско

Заказ 5751/31

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4