Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 118
Текст из файла (страница 118)
вают пучком света, который после прохождения области с помощью оптической системы направляется на экран или фотопластинку. На экране образуется оптическое иэооражение области течения, по которому определяют поле значений и, а по .нему путем пересчета по (8.48) или (8.49) — поле плотности р. Изображение на экране получается с помощью оптических систем [42 — 44]. Теневые методм (или шлврен-методы), При прохождении света через среду сразной плотностью лучи света отклоняются в сторону больп1ей плотности. Радиус кривизны /7 светового луча связан с градиентом показателя преломлении п соотношением [42) где а — угол между направлением луча и направлением градиента показателя преломления (рнс. 8.20).
В одномерных полях (например, в плоском пограничном слое), когда и изменяется только в направлении у, а луч входит в область ио направлению х, перпендикулярном у, выражение (8.50) преобразуется к виду д'у 1 дн 1 ди — — з! пи = — — соз е, (8, 51) дх! и ду н ду При малых значениях ди)/ду углы отклонения лучей от первоначального направления в малы, и из (8.51) следует 1 дн де = — — дх, (8. 52) и ду Рнс. 8.20.
Отклонение луча света в плоском потоке с переменным показателем преломления. Методы экспгримзптальпого изучения тепло- и моссообмена Раэд. 8 Рис, 8.21. Принципиальная схема теневого прибора. 1 — источник свата; 1 — да»эра«из» 3 — линза; 4 — иссззлузизз область; ю — яззззофокуспзя лпз- зз» б — зптзчза»йа пом» 1 — фокусирую»цзз ззцзз: З вЂ” зкрзз" 6 = у 18 вь м[зь, (8.55) с плотностью 1 Р(х. У) рз+ ) 6,(х, у) ду, (8.57) . КЦ,) где р, — нлотиость в точке с координатамк (хь уз). Вместо нити в фокальной плоскости можно располагать оптическую решатку или пластинку с тонкими цветными полосками. На экране возникает картина с че- Величина еь на выходе луча нз области размером П в направлении оси х определяется как Ь (' 1 «(п 1 «'дп'г вь= à — — д = — ~ — ) (., (8.58) 3 п ду и»( ду! о где дп«ду — средняя по ходу луча скорость изменения и, Значения еь определиют экспериментально с помощью оптических приспособлений.
По значениям вь с использованием (8.49) рассчитывают значения градиентов плотности по формуле др 1+ Кр — вь (8. 54) В общем случае, когда п=[(х, у), расчет ведется на осноне уравнения (8.51) методом последовательных приближений [421. Принципиальная схема исследования оптически неоднородной области теневые методом (рис. 8.2!). В оптической системе (коллиматоре) образуется параллельный пучок света, который направляется в исследуемую область. Вышедший из области пучок света через длиннофокусную линзу с фокусна)м расстоянием 1 и через фокусирующую линзу направляется на акран или фотопластинку. Для образования оптической (теневой) картины на экране в фокальной плоскости линзы устанавливают либо оптический нож, либо одиночную нить или же оптическую решетку.
Существуют методы с применением наклонных расфокусированных нитей [44). Оптический нож применяют в тех случаях, когда целью исследования является получение качественной картины для всей области течения. В фокальной. плоскости длиннофокусной линзы создается изображение шелевого источника света. Нож устанавливают так, чтобы его острая кромка почти полностью перекрывала зто изображение и экран был слабо освещен. Проходя область с изменяющейся плотностью, лучи отклоняются в зависимости от значений и знаков дп«»уу на различные углы.
Области течения, в которых лучи отклоняются таз, что они проходят над кром- кой ножа, на экране становятся более светлыми, э области, пройдя через которые, лучи отсекаются ножом, на экране становятся затемненными. По изменению освещенности судят о степени изменения плотности. Этот метод широко применяется для исследования сверхзвуковых пап»- кое. Существуют способы количественного определения поли плотности по теневым картинам этого типа, но практическая'реализация их затруднительна. Для количестзенных исследований в фокальной плоскости располагают тонкую одиночную нить диаметром И. Нить перемешается в факельной плоскости с помощью микрометрического винта, и ее расстояние относительно оптической оси может быть измерено.
Лучи, отклонившнеся на малый угол, проходят через фокальную плоскость иа расстоянии от оптической оси Если же на этом расстоянии поместить нить, она перекроет ход лучам, и на эк-. ране образуется затемненная область, для которой одинаковы значения вь (точнее, еь+бз, где «зв д««1), э следовательно, одинаковы градиенты плотности Ир«ду. Каждому положению инги 6» соответствуют свои затененные области (совокупность значений х», у»).
Поэтому для каждого ' исследуемого случая' течения можно установить зависимость 6 6(х, у). Затемненным областям соотнетствуют градиенты ' плотности др 1+Кр 6(х, у) — Ь(х, у) яз ' (8.56) ду КЦ ' КЦ 4 8.2, й)егойЗм экспериментального исследования полей 417 Рис, 8.22. Принципиальная схема ннтерферометра Маха — Бендера. 1 — нсточннк саста; 1 — днафрагм»; 8 — лннза, 1 в оолуорозрачное зеркало; 8 — комненсацноннаа камера; б, 7 — а ороэрачные зеркала; 8 — нсследуемза область; э — нолупрозрачное эернаао: 10- сэетофнльтр; 11, 18 — фокуснруюыне линзы; 1З вЂ” экран. редаванием темных и светлых палас нли же цветное изображение. Каждая паласа выделяет область с постоянным значением градиента плотности.
Области течения с резким изменением плотности выявляют беэ дополнительных оптических устройств путем просвечиваиняарасходящимся пучкам от сильного точечного источника света. Между когейеитиыми лучами, нрошедшнми через области размерамн !з (с показателямн преломления и,) и !з (с показателем преломления из), возникает оптическая разность хода Л!.
из!з — иэ1,. Если такие лучи соединить иа экране илн фотопластинке, то образуется ннтерференциониая картина. Условие когерентнасти наиболее просто выполняется путем расщепления луча от одного источника иа два с помощью полупрозрачного зеркала, Ов. тнческие системы, основанные на этом принципе действуя, называются нитерферомеграми. В газодинамических исследованиях применяют ингсрфсромстр Маха— 1(ендера, принципиальная схема которого показана на рнс. 8.22. В приборе имеется четыре зеркала, из которых зеркала б н 7 непрозрачны, а 4 и 9 — полупрозрачны.
Непрозрачные зеркала могут поворачиваться иа некоторый угол. Одни из расщепленных лучей проходит через исследуемую область 8, а другой — через компенсационную камеру 5, заполненную средой известным показателем преломления и,. Затем лучи обьедиияются полупрозрачным зеркало)с 9 и через фокусирующне линзы 11 и 12 направляются иа экран. По ходу лучей устанавливается светофильтр 10, с помощью которого иа экран направляются лучи с заданной длиной волны Х.
Перед работой производят настройку интерфераметра. Прн настройке в компенсационной камере должна быть та же среда, что и в исследуемой области, причем плотность должна быть постоянной а обеих областях. Первый способ настройки состоит в том, что йепрозрачиые зеркала поворачивают на малый угол, в результате чего рабочий луч и опорный луч, прохо- х р асс Рис.
8.28 Оптическое изображение иа зн ране при настройке интерферометра на па- ласы конечной ширины. з — смешенне колос; б — ноле плотностн з оогра кйчном слое. дящий через компенсационную камеру, п оходят иа экран пад малым углом сх. ри и л, оптическая разность хода Л! =изба, где Аз — геомчтрнческан разность хода. На экране возникают интерференцианные полюсы с шириной и расстоянием между ними В=)Вйы Х!са.
В свнзн с этим такой способ' настройки называется настройкой на полойы конечной ширины. Картину фотографируют и производят нумерацию полос. В рабочих условиях, когда по 'ходу рабочих лучей и~ив между фронтом рабочего луча и его положением при настройке возникает оптическая разность хода 81= (и — иэ) *г, в результате чего паласы интерференции образуются в других местах экрана, т.е. происходит смешение полос относительно их положения при настройке (рис.
8.23). Смещение полос Р(х, у) связано с рааностью показателей преломления соотношением В ГР (х, у) = — ) 1й (х, у) — ие) с!з, (8. 68) й,) о откуда и ( х, у) = ла + Р ( х, у) 1 )В1., (8. 59) где и — средний по ходу луча показатель прелоэсления для области размером Е с плотностью р(х, у) = рэ+ Р(х, у) й7(ВК).) (8.60) Смещение полос Р(х, у) определяют путем сравнении снимков исследуемой области при настройке и при работе. При втором способе иастрайни зерка-. ла устанавливают строго под углом 45; экран должен быть слабо освещен. Этому случаю соотнетствуют значения а О н В-ьсо. Поэтому такой способ настройки называется настройкой на полосы бесконечной ширины.
При и+из возникает оптическая разность хода между лучамн, проходящими через исследуемую' область, и опорным лучом ь Ь! = ) (и — пе) да = (й — ие) 1" (8.61) а 418 Методлг эхснерииентальноло изучения тепло- и люссообиени Равд. 8 и) /ги й/ Рис 8,24. Оптическое изображение на экране при настройке интерферометра на полосы бесконечной толщины. л — алтерференчлаллые лсласы; б — олрехелеллае ла полосам поле плотности » логи»алчном слое.
( й/г /г'в ) . (8.64) с (х, у) = Цп — 1)жЛ Р (х, у) /.(и — 1)~Л Р (х, у) Ь(п„,— !)~2 Р,(х, у) Ь(п — 1)~Л Р (х, у) (8. 65) В тех местах экрана, куда рабочий и опорный лучи проходят с разностью 01= =/Л (г= 1, 2...), возникает усиление асве. щениости, а в местах, для которых. а/= = (! — 0,5)Л, — ослабление освещенности. Таким образом на экране возникает интерференцнонная картина (рис. 8.24). Для каждой полосы характерно п=сопМ и соответственно р=сопз1. Плотность в потоке для двух соседних полос отличается на величину бузз = Рз — Рэ = Л/(КЬ) (8.
62) В областях с резким изменением плотности полосы на экране сгущаются, а для областей со слабым изменением плотности характерны широкие паласы (для воздуха при Л=5,5 !Π— «мм, К=2,4.10 л м'/кг и для области размером /.=0,5 м йр~г — 46.10-» кг/мз) В многокампонентной смеси неоднородность поля плотности вызывается не только влиянием температуры, но и неоднородностью поля' концентрации с компонентов. Для этого случая в правой части выражения (8.48) производится замена ь й/см/Мсм = ~~ с! й/г/Мсм (8 68) г=! . Для смеси воздуха с посторонним га.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
