Диссертация (1103111), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Косвенным образом это распределение можноопределить по наблюдению свечения разряда, однако излучение разряда ввидимом спектре не всегда прямо коррелирует с параметрами разряда: степеньюионизации, величиной энерговклада и др. [73]. Спектральный анализ излученияможет давать более точные данные об особенностях протекания разряда в даннойточке, однако спектроскопия, одновременно охватывающая полем зрения96существенный участок поверхностного наносекундного разряда, представляетсобой сложную техническую задачу. В данной работе в качестве индикатораинтенсивности энерговклада предложено рассматривать течение газа, создаваемоеразрядом.4.2 Исследование течения теневым методомУдарно-волноваяисследоваласьконфигурация,посредствомтеневогосоздаваемаяметодаразрядом,[69].ранееНедостаткомужеэтихэкспериментов являлся тот факт, что в одном эксперименте оптическая схемапозволяла сделать только один кадр течения.
Из-за случайного характерарасположения каналов в теле разряда и варьирующейся интенсивности отдельныхканалов форма ударно-волнового фронта существенно отличалась в различныхэкспериментах, что затрудняло анализ динамики её развития. Для решения этойпроблемы была проведена серия экспериментов по высокоскоростной теневойвизуализации послеразрядного течения. В этом случае технические особенностиоптической схемы (см. параграф 2.5) позволяли зафиксировать динамику теченияв каждом эксперименте со скважностью до 8 мкс.Ударно-волновые фронты от верхнего и нижнего листов распространяютсясинхронно, и встречаются примерно на середине сечения рабочей секции через20–30 мкс после инициации разряда.
При дальнейшем распространении онииспытывают множественное переотражение от верхней и нижней стенок рабочейсекции, и постепенно затухают.На более поздних стадиях течения на первый план выходит конвективноетечение, связанное с релаксацией разогретого газа в области разряда. Несмотря наперемешивание газа, форсированное спутными потоками за ударными волнами,температура и плотность газа в области плазменного листа остаётся болеевысокой, чем в остальном объёме разрядного промежутка.
На общем фоневыделяются конвективные потоки, исходящие из областей ярких каналов.97На Рис. 4.1 приведены последовательные теневые изображения в различныемоменты времени после разряда. Приведены картины течения над областьюравномерного горения разряда и над областью, содержащей яркий разрядныйканал. На снимках видно, что яркие каналы генерируют полуцилиндрическиеударные волны, выделяющиеся из общего фронта. Эти волны распространяютсябыстрее, чем плоский фронт, и, следовательно, более интенсивны.
Однако вкаждом конкретном случае интенсивность такой ударной волны зависит отинтенсивности вложения энергии в канале, сгенерировавшем её.986 мкс2 мкс14 мкс18 мкс30 мкс26 мкс46 мкс42 мксРис. 4.1. Динамика течения на теневых изображениях. Слева: участокравномерного горения разряда, справа: участок, содержащий яркие каналы нанижнем и верхнем плазменных листах994.3 Исследование скоростных характеристик теченияБыли получены ЦТА-изображения зоны импульсного наносекундногоповерхностного скользящего разряда с двух взаимно перпендикулярных ракурсов.Это позволило установить, помимо пространственного распределения ударноволновых конфигураций, возникающих после инициирования разряда, такжесоответствующее поле скорости течения, на отрезке времени до 60 мкс послеинициированияучасткаразряда.теченияГоризонтальнаясоставлялаоколопротяжённость85 мм,визуализируемоговертикальная–22-23 мм.Пространственное разрешение полученных изображений составляло 16–18 пк/мм.В каждом эксперименте регистрировалась одна пара снимков течения,которая затем формировала одно ЦТА-поле течения в определённый моментвремени.
Однократная методика визуализации была обусловлена исключительнотехническими ограничениями: для информативного отслеживания динамикиподобного течения в одном эксперименте необходима частота съёмки не менее105 двойных кадров в секунду (ср. c теневой съёмкой на Рис. 4.1). Системы,позволяющие вести съёмку на подобной частоте со сравнимым пространственнымразрешением, на момент написания диссертации в мире единичны, и, как правило,состоят из массива регистрирующих элементов в паре с массивом импульсныхлазеров (например, как описанная в [43]).На Рис. 4.2 приведена фотография эксперимента по ЦТА-визуализациипослеразрядного течения, сделанная на фотоаппарат в режиме длинной выдержки.На снимке одновременно видны свечение ярких разрядных каналов, линиялазерногоножа,перпендикулярногоканалам,иосвещённоеоблакотрассирующих частиц.
В последнем выделяются фронты взрывных волн от яркихразрядных каналов. Это обусловлено повышенной плотностью газа в спутномпотоке за ударной волной и, как следствие, повышенной концентрациейтрассирующих частиц при условии достаточного засева изображения в целом.100Рис. 4.2. Фотография экспериментаОбработка экспериментальных изображений проводилась двухступенчатымкросс-корреляционным алгоритмом. Размеры окна опроса устанавливались как32×32 и 16×16 пк на первом и втором шаге соответственно, с перекрытием оконопроса 50%, к окнам опроса применялась круговая гауссовская весовая функция.После каждого шага обработки к промежуточному результату применяласьотсеивание векторов по значению отношения пиков корреляции Q 1, 3 , затеммедианный фильтр отклоняющихся значений с маской 3×3 и сглаживание с тойже маской.В силу импульсного характера исследуемого течения, пониженногодавлениягазаконцентрациипроведениииотсутствиятрассирующихданнойсериипостоянногочастицпотока,являлсяэкспериментов.вопроснасущнойРис.
4.3достаточнойпроблемойпредставляетприпримерэкспериментально полученного поля скорости, на котором белыми областямизакрашены области с малой плотностью частиц. В отсутствие маски в этихобластях обработка давала ошибочные данные о скорости течения. Следуетотметить, что области вблизи мест горения разрядных каналов, ожидаемоимеющие меньшую плотность газа, тем не менее, не характеризуются непременномалой плотностью трассирующих частиц.101Рис.
4.3. Пример поля скорости с наложенной маской по плотности частицНа Рис. 4.4 приведены результаты ЦТА-визуализации стенок начальнойфазы течения. Положения плоскостей верхней и нижней стенки рабочей секциисовпадают с краями поля скорости, визуализированного ЦТА. Фронтыполуцилиндрических УВ от ярких разрядных каналов выделяются на фонеплоского фронта, исходящего из зоны однородного горения плазменного листа.Фактическирезультирующуюпредставитькаксуперпозициюударно-волновуюударно-волновогоконфигурациюфронта,можносоздаваемогооднородно горящим плазменным листом, и полуцилиндрических ударных волн отинтенсивных разрядных каналов. На участках однородного горения разрядаударные волны от множества параллельных каналов быстро сливаются в единыйфронт, имеющий квазиплоскую форму.102абвгРис.
4.4. Поле скорости течения (абсолютное значение) через различное времяпосле инициации импульсного разряда. Исходное давление – 145±5 Торр. а – 8мкс; б – 18 мкс; в – 28 мкс, г – 38 мкс103Применениеподробную,трассернойколичественную,анемометриикартинупозволяетпотока.Поляполучитьскоростиболеетечения,полученные в пакете DaVis, затем экспортировались для дополнительнойобработки в пакет Matlab.
Для получения профиля скорости течения на полескорости выбиралась вертикальная полоса, в пределах которой ударно-волновойфронт оставался в достаточной степени плоским, а течение за ним – однородным(Рис. 4.5, красный прямоугольник). Для полуцилиндрических ударных волнвыбиралась узкая полоса, проходящая по оси концевого яркого разрядного канала(Рис. 4.5, белый прямоугольник). В выбранной полосе значения вертикальнойскорости усреднялись по горизонтальной координате.Рис.
4.5. Области определения профилей скорости теченияПолученные профили скорости позволяют количественно проанализироватьпространственную структуру течения за ударно-волновой конфигурацией и еёэволюцию во времени, а также сравнить характеры течений, создаваемыхобластью однородного горения плазменного листа (квазиплоские участки ударноволнового фронта) и каналами повышенной интенсивности (полуцилиндрическиеучастки ударно-волнового фронта). На Рис.
4.6 приведены вертикальные профилискорости течения, полученные на участках квазиплоского ударно-волновогофронта в последовательные моменты развития течения. Рис. 4.7 демонстрируетаналогичные профили, полученные в осевом сечении полуцилиндрическихударных волн, инициируемых яркими разрядными каналами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
