Корреляция лазерных пучков в турбулентном слое и диагностика параметров турбулентности, страница 4

Оценка внешнего масштаба возможна лишь в случаеизотропной турбулентности. В таблице 3 приведены результаты выполненныхоценок.таблица 3разностьтемператур dt, oC101520коллимированный пучок,без протокаlm, см L0, смL0, смпо K1по K21-24-96-101-21.5-2.52-31-212-203-6расходящийся пучок,без протокаlm, смL0, смL0, смпо K1по K21-25-102.5-71-24-73-51-26-94-12В параграфе 4.6 сформулированы основные выводы четвертой главы.171) Разработан метод оценки характерных масштабов турбулентности.

Методпозволяет исключить из трехпараметрической задачи с параметрами L0, lm,Cn2 величину Cn2 и свести решение полученной двухпараметрической задачик последовательному решению двух однопараметрических задач. Методопробован для коллимированного и расходящегося пучков, прошедшихтурбулентную ячейку с водой.2) Внешний масштаб турбулентности, превосходящий размер приемнойапертуры, практически не влияет на корреляционные функции мод Церникевыше второго радиального порядка.

Изменения в корреляционных функцияхмод Цернике второго порядка при изменении внешнего масштаба стольмалы, что в большинстве случаев неразличимы в эксперименте.3) Учет внешнего масштаба необходим для корректной интерпретацииполученных в эксперименте корреляционных функций мод Цернике первогопорядка, если L0/D<10.4) Внешний масштаб турбулентности оказался чувствителен к изменениюразности температур. Физически это можно объяснить тем, что приизменении разности температур изменяется интенсивность конвективныхпотоков в ячейке, определяющих максимальный размер турбулентныхнеоднородностей.5) Для изотропной турбулентности (например, без протока, при малой разноститемператур dt=10;15oC), оценки внешнего масштаба по корреляционнымфункциям K1, K2 совпадают.

При увеличении разности температур (доdt=20;25oC) и появлении анизотропии оценки по этим функциям начинаютотличаться. При этом увеличивается оценка внешнего масштаба,выполняемая по K1 (наклон по y, направления градиента температур).6) Наличие протока жидкости увеличивает оценку величины внешнегомасштаба.7) Из теоретического рассмотрения видно, что существенные изменениякорреляционных функций происходят при величине внутреннего масштаба,lm/D=0.5 и больше, так как в этом случае заметно отличие от кривых с lm/D=0(теории фон Кармана).8) При анализе эксперимента учет внутреннего масштаба lm/D=1 позволил вбольшинстве случаев удовлетворительно описать экспериментальныеданные.9) Внутренний масштаб в выполненном эксперименте не зависел от измененияразности температур и наличия протока.10) Реальная турбулентность в ячейке отличается от изотропных моделей,что видно на примере корреляционной функции шестой моды Цернике,которую нельзя удовлетворительно описать в рамках используемых моделейникаким подбором масштабов.18В заключениидиссертации.сформулированыосновныерезультатызащищаемой1.

Разработан и апробирован метод последовательного определенияхарактерных масштабов турбулентности, опирающийся на физическиеособенности измеряемых величин, позволяющие разделить вклады мелко икрупномасштабной турбулентности в искажения фазы лазерного пучка.Такое разделение возможно благодаря разложению фазы лазерногоизлучения по полиномам Цернике.

Развитая методика не зависит от длиныволны лазерного излучения и может быть использована при относительномалых интенсивностях (~1*10-8-1*10-6 Вт/м2). Методика опробована наколлимированных и расходящихся пучках.2. Показано, что возникающая в эксперименте с водной ячейкойтурбулентность не всегда удовлетворительно описывается изотропноймоделью. Наблюдаемая анизотропия характерна для крупномасштабныхвозмущений, сравнимых с поперечным размером турбулентного слоя.Степень анизотропии зависит от разности температур междухолодильником и нагревателем и наличия протока жидкости.3.

Показана изотропия мелкомасштабной турбулентности в водной ячейкево всех рассмотренных случаях.4. Получены оценки внутреннего масштаба турбулентности в воднойячейке. Для исследованного диапазона разностей температур (dt=10-25oC)они совпали и оказались равны 1.5±0.5 см. Горизонтальное течение(характеризуемое числом Рейнольдса Re=(1-1.5)103), перпендикулярноеградиенту температуры, не изменяет этой оценки.5. Показана необходимость учета внутреннего масштаба турбулентности,сравнимого с диаметром приемной апертуры, при описании корреляции модЦернике.6. Выполнены оценки внешнего масштаба турбулентности, лежащие впределах (3-30) см.

С появлением течения происходит увеличение внешнегомасштабатурбулентности.Отмеченовлияниеанизотропиикрупномасштабных возмущений, приводящей к различию оценок внешнегомасштаба турбулентности, выполненных по различным корреляционнымфункциям коэффициентов Цернике.7. Показано, что внешний масштаб турбулентности, превосходящий размерприемной апертуры, практически не влияет на корреляционные функциимод Цернике выше второго радиального порядка. Учет внешнего масштаба,не превосходящего диаметр апертуры более чем на порядок, необходим длякорректной интерпретации полученных в эксперименте корреляционныхфункций мод Цернике первого порядка.8.

Предложен метод оценки анизопланатизма вдоль произвольной трассы,основанный на упрощенном представлении корреляционных функций модЦернике. Варьируя статистику турбулентности на фазовых экранах можнополучать оценки для различных условий распространения пучков.19Основные результаты диссертации опубликованы в работах1. Куликов В.А., Шмальгаузен В.И. Оценка анизопланатизма втурбулентной структурированной атмосфере // Оптика атмосферы иокеана.

2010. Т.23. №2. С.161-165.2. Куликов В.А., Андреева М.С., Корябин А.В., Шмальгаузен В.И. Методлазерной диагностики параметров турбулентности // «Нанотехнологии:разработка, применение». 2010. Т.2. №3. С.3-9.3. Куликов В.А., Шмальгаузен В.И. Моделирование искажений лазерныхпучков в турбулентной атмосфере // Ломоносов 2008. Сборник тезисов.Физика. С.166-167.4. Куликов В.А., Шмальгаузен В.И. Моделирование искажений лазерныхпучков в турбулентной атмосфере // Труды шестой международнойконференции молодых ученых и специалистов “Оптика-2009”. СанктПетербург. 2009. СПб: СПбГУ ИТМО. С.38-40.5. Куликов В.А. Экспериментальное и теоретическое поведение корреляцийфазовых искажений при распространении лазерного излучения черезжидкостную ячейку // Ломоносов 2010.

Сборник тезисов. Физика. 2010.Том 2. С.16-17.6. Kulikov V.A., Andreeva M.S., Shmalgauzen V.I. Estimation of turbulenceparameters by laser beam phase correlation measurement // Laser Optics 2010.Proceedings. St.Petersburg. 2010. P.FrY1-22.7. Kulikov V.A., Andreeva M.S., Koriabin A.V., Shmalhausen V.I. Laser beamphase correlation functions measurements for turbulent diagnostic //ICONO/LAT 2010. Proceedings. Kazan. 2010. P.LMF-4.8. Андреева М.С., Куликов В.А.

Корреляционные функции фазырасходящихся лазерных пучков в турбулентном слое // Ломоносов 2011.Сборник тезисов. Физика. 2011. Т.2. С.17-18.20.