Диссертация (1103111), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Методы, построенные с использованиемцифровой обработки, могут кардинально отличаться от исходных, даже будучиоснованными на хорошо известных физических принципах. В случае с теневымфоновым методом (ТФМ) и цифровой трассерной анемометрией (ЦТА)исходными можно назвать шлирен-метод Тёплера и классическую трассернуювизуализацию соответственно. В данной работе преимущественно использовалисьдва этих метода, поскольку данные о течении, сообщаемые ими, взаимнодополняют друг друга: ЦТА реагирует на поле скорости течения, тогда как ТФМ,будучи рефрактометрическим методом, отражает распределение плотности газа.Целью данной работы являлось выяснение возможности использованияметодов цифровой трассерной визуализации и теневого фонового метода дляполучения принципиально новых экспериментальных данных о разрывныхтечениях, и на основе выявленных возможностей исследовать 1) течение вударнойтрубе,2)течение,создаваемоеимпульснымнаносекунднымповерхностным разрядом, и энергетические характеристики самого разряда.Достижение данной цели требовало решения следующих задач: отработка применения метода цифровой трассерной анемометрии кимпульсным течениям пониженного давления, содержащим ударныеволны;6 отработка применения теневого фонового метода к изучению полейплотности газа в течениях того же рода; анализ течения, формирующегося и развивающегося за ударноволновым фронтом в ударной трубе; получение количественных данных о полях плотности и скорости газав течении после импульсного поверхностного разряда; анализ энерговклада импульсного поверхностного разряда на основеданных о структуре течения, создаваемого им.Новизна диссертационной работы заключается в следующем:1.

Впервые было успешно продемонстрировано применение методацифровойтрассернойанемометриикисследованиюбыстропротекающих процессов, включающих в себя ударные ивзрывные волны, в условиях пониженного давления;2. Разработана и представлена процедура коррекции данных PIV в областивблизи фронта ударных волн, основанная на расчёте взаимодействиятрассеровспотоком.Показананедостаточностьпростыходнопараметрических моделей такого взаимодействия для описанияускорения трассеров в высокоскоростных потоках;3.

Предложена оригинальная модификация теневого фонового метода,позволяющая корректно восстановить скачок плотности газа припереходе через фронт ударной волны при съёмке под углом к плоскостифронта;4. Впервые проведено исследование поля скорости потока за бегущейударной волной внутри ударной трубы прямоугольного сечения втечение длительного времени;5. Впервыеметодомисследованиеполяцифровойскороститрассернойтечения,анемометриисоздаваемогопроведеноимпульснымсильноточным разрядом в интервале времени от 5 до 50 мкс послеразряда.76. На основании анализа создаваемого течения определён характерпространственногораспределенияэнерговкладананосекундногоразрядного канала вдоль его оси.Практическая ценность данной работы состоит, во-первых, в расширенииобласти практического применения оптических методов диагностики потоков наимпульсныевысокоинтенсивныетечения,иво-вторых,вперспективеиспользования исследованного импульсного разряда в качестве плазменногоактуатора.Положения, выносимые на защиту диссертационной работы:1.

Применение цифровой трассерной анемометрии (ЦТА) к панорамномуисследованию трехмерных импульсных течений, включающих в себяударные и взрывные волны, в том числе – в условиях пониженногодавления (от атмосферного до 100 торр).2. Процедура коррекции данных ЦТА в области вблизи фронта бегущейударной волны, основанная на расчёте динамики трассеров и искажений,вносимых методом. Обоснование необходимости использования в расчётеболее сложной, многопараметрической, модели увлечения трассеровпотоком.3. Модификация теневого фонового метода ТФМ, позволяющая определятьскачокплотностигазанафронтеплоскойударнойволныизэкспериментальных данных при увеличенном угле наблюдения к плоскостиударной волны.4. Данные о полях скорости и структуре течения, развивающегося последифракции плоской ударной волны М=1,4 на открытом конце ударнойтрубы прямоугольного сечения, с высоким пространственным разрешением,на участке до 100×80 мм.85.

Панорамные данные об эволюции распределения скорости газа запроходящей плоской ударной волной М=1,4–1,6 внутри ударной трубыпрямоугольного сечения в течение времени до 12 мс.6. Доказательство однородности энерговклада сильноточного наносекундногоплазменного актуатора вдоль образующих его плазменных каналов,скользящихпоповерхностидиэлектрика,проведённоенаосноверезультатов двухракурсной ЦТА-визуализации.Структура работыДиссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения исписка использованной литературы.

Работа насчитывает 128 страниц, включает всебя 45 рисунков и 4 таблицы. Список использованной литературы состоит из 138наименований.В первой главе приводится обзор современного состояния областей,касающихся тематики данной работы. Рассматривается текущее состояниеразвитияоптическихметодовдиагностикибыстропротекающихгазодинамических процессов: теневой и прямой фотографической визуализации,теневого фонового метода, цифровой трассерной анемометрии. Описываются ужедостигнутые результаты в мировой практике применении этих методов,указываются актуальные проблемы и перспективные направления.

Во второйчасти главы описывается общая классификация импульсных ударно-волновыхтечений и приводится текущее положение работ по возможности использованияэлектрических газовых разрядов для управления потоками газа и жидкости.Материал главы поясняет мотивацию работы, аргументирует её актуальность.Во второй главе описывается экспериментальная установка, включающая всебя стенд на базе ударной трубы, используемый для инициированияисследуемых явлений, и аппаратные комплексы применяемых в работедиагностических методов. Также подробно описываются разработанные автором9модификации теневого фонового метода и цифровой трассерной анемометрии,включая конкретные ограничения классических схем, послужившие причинойразработки данных модификаций, теоретические основы модификаций и ихконкретную практическую реализацию.

Материал главы показывает конкретныеусловия и способы получения результатов, изложенных далее.Третья глава объединяет массив результатов, полученных при исследованииимпульсныхтечений,содержащихударныеволны.Приведеныданныевизуализации плоской бегущей ударной волны двумя методами, и результатыприменения разработанных модификаций этих методов к такому модельномутечению. На примере течения, создаваемого при выходе ударной волны изударной трубы в атмосферу, показана визуализация двумя методами сложныхнеавтомодельных импульсных течений. Приведены данные о долговременнойдинамике полей скорости течения внутри ударной трубы за бегущей ударнойволной, полученные цифровой трассерной анемометрией.Вчетвёртойсоздаваемогоглавеимпульснымприведенырезультатынаносекунднымисследованияраспределённымтечения,скользящимразрядом.

Показана пространственная структура формирующегося ударноволнового фронта, исследована эволюция поля скорости газа за ним. Помимополей скорости, полученных трассерной анемометрией, приведены данныевысокоскоростной теневой съёмки. На основе анализа динамики ударно-волновыхконфигураций сделан вывод о пространственном распределении энерговкладаразряда в газ, порождающего эти конфигурации.В заключении подведены итоги работы, представлены основные результатыи выводы.10Глава 1.Обзор литературы1.1 Методы диагностики быстропротекающих процессовПри анализе быстропротекающих процессов в потоках газа и плазмыпредпочтительны бесконтактные оптические методы, такие как классическийтеневой метод и сравнительно новый теневой фоновый метод (ТФМ) [37, 121].ТФМ нашел применение при изучении процессов тепломассообмена в оптическипрозрачных средах, при исследовании турбулентных течений, конвективныхпотоков [116, 118], распространении звуковых и ударных волн [99].

Он даетвозможность получения не только качественной картины течения, но иколичественного определения поля плотности при достаточной простотеоптической схемы, широком спектре условии применимости. Во многом этообусловлено математической обработкой экспериментальных изображений,составляющей часть метода. В данной работе для исследования поля теченияприменялись и теневой и теневой фоновый метод.Количественное исследование течений, включающих в себя ударные волны,остаётся актуальной задачей в развитии оптических методов. Несмотря на то, чтоклассические теневые методы, такие как прямой теневой и шлирен, позволяют сбольшой точностью визуализировать структуру ударно-волновых конфигураций,получение количественных данных о полях плотности или температуры втечениях с разрывами остаётся сложной задачей для оптических методовисследования потоков.

В рамках данной работы представлены результатыколичественных измерений скачка плотности на фронте плоской ударной волны,произведённых модифицированным теневым фоновым методом.Также в работе исследовалась структура и поле течения внутри секциинизкого давления ударной трубы после инициирования импульсных разрядовнаносекундной длительности  поверхностного распределенного скользящего11разряда (плазменного листа) и объемного разряда, и процесса взаимодействияплоской ударной волны с разрядной областью. При взаимодействии ударных волни высокоскоростных потоков с плазмой электрических разрядов малойдлительностипроисходитпреимущественноударно-волновоевоздействиеразряда на поток [67]. Импульсный разряд длительностью менее 1 мкс приводит кобразованию ударных волн, распространяющихся от области разряда [68].

Характеристики

Список файлов диссертации