Е.И. Шемякин - Распространение и отражение гидравлического прыжка (1132372), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На рис. 8,а представлена фотография боры, движущейся слева направо непосредственно после подъема перегородки в установке ГАУТ. На рис. 8,6 и 8,в зафиксирована картина дальнейшего движения этой же бо- ры и на рис. З,г видно отражение скачка от правой сгенки кюветы (гидравлический прыжок движется справа налево). ь) в) Рььс. 8 3.2. Методы намерения глубины дед ч.н... чь-. -Ь .,*--ь, ° р ся жидкости в рабочих отсеках установки ПАУТ слева и справа от перегородки "В" (рис. 7) опрелеляется электромеханическим индикатором уровня свободной поверхности, содержащим винтовой зонд ) (рис.9) со счетчиком оборотов 2 и тестер з — индикатор скачка проводимости среды между острием винта и корпусом кюветы.
С помощью электрического тестера регистрируются моменты касания зондом поверхности воды и дна кюветы. По известному шагу резьбы зонда ь и измеренному числу оборотов между моментами касания острия зонда поверхности воды и дна кюветы вычисляется начальная глубина неподвижного слоя воды. Чтобы избежать влияния поверхностного натяжения на показания индикатора, необходимо перемещать острие зоила сверху вниз.
Абсолютная погрешность измерения начальной глубины не превышает 0,1 мм. Эле ический волноме . Измерение переменного во времени волнового смещения свободной поверхности жидкости можно осуществить с помощью электрического метода, который основан на измерении сопротивления между проводниками, погруженными в проводящую жцдкостзч рнс. 10. Соответствующий датчик колебаний свободной поверхности жидкости называется еояномером 17]. Прн смещении свободной поверхности жидкости изменяется гшощадь проводника, т.е, жидкости, между металлическими электродами (заштрихованная область на рис. 1О), вследствие чего изменяется ток в измерительной цепи, а значит — напряжение, снимаемое с нагрузочного сопротивления тт'.
Сигнал с нагрузочного сопротивления подается на цифровой запоминающий осцнлло- граф. Так записывается временная развертка смещения поверхности колеблющейся жидкости'. Для предотвращения электролиза измеритель- ную схему следует питать переменным напряжением с частотой на уровне 700 КГВ. Рис. 10. Рнс. 9.
С помощью волномера можно регистрировать любые суммарные смещения свободной поверхности. Однако это не всегда то, что на са- ' Подобный волномер используется в МФТИ нв установке для изучения колебаний свободной поверхности жидкости. 22 мом деле требуется, поскольку результирующие колебания свободной поверхносзи часто складываются из длинных и коротких волн, связанных с процессами различной природы.
Например, вызванное волной цунами смещение свободной поверхности в открытом океане может быть вообще не заметно на фоне коротких, но высоких ветровых волн (см. приложение). В окрестности любого пщравлического прьскка присутствуют также различные коротковолновые структуры [2-3): волновые шлейфы, капиллярные волны, рябь и т.п. (см. фотографии на рис.З), Поэтому, когда мы интересуемся процессами, связанными с длиннымн волнами, то измерение смещений свободной поверхности — не лучший метод исследования, поскольку полезный сигнал может быль сильно искажен паразитными коротковолновыми возмущениями.
Указанные трудности можно обойти, если применить маначетрический метод. МЮ~Ю:ИЗЮМА.ИйЮ3 " Р "" """ " у сЮк слое жидкости основывается на идее )6) использовать различия свойств распространения возмущений давления от коротких и длинных волн на свободной поверхности тяжелой жидкости. Возмущения давления от коротких волн концентрируются вблизи свободной поверхности, а возмущения ст длинных волн проникают глубоко в толщу слоя вплоть до его дна.
В этом нетрудно убедиться с помощью известных из курса гидро- динамики выражений для потенциала возмущений в слое жидкости конечной глубины (см., например, ~3)). Точный результат можно сформулировать так: колебания давления рв на дне кюветы я = О, вызванные малыми гармоническими колебаниями Ь' свободной поверхности, (2б) следующим образом зависят от длины волны ).: 23 Рь ря ь 2т) (27) Пьезооптическнй изме итель установки ГАУ'1'. Для применения маномстрического метода требуется точно измерять давление на дне слоя жцдкости. В установке ГАУТ это реализовано с помощью пьезооптиче- ского микроманомстра' (сборочный чертеж показан на рис. 1!). 50 Рнс 11. ' Конструяцнн разработана в НИИ механнян ИГУ наа румзаоасгвом ИИ.
Слаивиара 24 Значит, измеряя давление на дне кюветы, можно автоматически отфильтровывать коротковолновую составляющую возмущений свободной поверхности. Например, согласно (26)-(27), при средней глубине Ь = 70 ми возмущения от коротких волн длиной 2 5 им резко ослабляются с коэффициентом затухания 0,000007, а для волн длиной я = 500 ми этот коэффициент равен 0,99, т.е. возмущения давления от таких длинных волн практически не затухают по глубине.
Принцип работы данного устройства состоит в следующем. На дне 2 кюветы (см. рис. 7) имеется отверстие, через которое жидкость 1 в кювете сообщается с полостью 3 над мембраной 4. Центр мембраны присоединен к концу консольной балки 5, заделанной в опору с помощью промежуточного упругого элемента Ь из фосфида галлия — изотропного монокристалла, обладающего эффектом двулучевого преломления в напряженном состоянии. Упругий элемент просвечивается пучком лучей света от светодиода 7. Входящие в упругий элемент лучи предварительно линейно поляризуются с помощью пленки полароида-поляризатора.
При деформации упругого элемента 6 под действием изменения давления на мембрану 4 происходит фвзовая модуляция поляризованного света (из него, выходят две волны, поляризованные в двух взаимно перпендикулярных направлениях); модулированный деформацией среды свет далее через поляроид и фазовую пластинку падает на дифференциальный фотодиод 8. Интенсивность света на двух чувствительных площадках фотодиода, на которые свет приходит через сжатую и растянутую области сечения упругого элемента, изменяется нв одной площадке в сторону увеличения, на другой — в сторону уменьшения. При этом на выходе дифференциального фотоприемника возникает разностный электрический сигнал, поступающий через электронный блок з на гальванометр щлейфового осциллографа илн в аналого-цифровой преобразователь, встроенный в персональный компьютер Н (см.
рис. 7). Данная система регистрации динамических сигналов обладает достаточно высокими метрологическими свойствами. 3.3. Тарировка измерительной системы Изменение глубины воды над приемным отверстием датчика давления в дне кюветы на величину АЬ вызывает пропорциональное измене. ние выходного электрического сигнала измерителя на величину К,зд. Коэффициент пропорциональности К называется тарировочныи коэфгрипиентаи. В рабочем диапазоне глубин О < 6 ( 50 мм коэффициент К не зависит от ап н может считаться константой, однако величина этой константы в общем случае зависит от окружающей температуры в помещении н от других факторов.
Поэтому при подготовке к каждому эксперименту необходимо проводить тарировку, целью которой является определение соответствующего тарнровочного коэффициента К. Тарннйовка осуществляется в полуавтоматическом диалоговом режи- ° над входом в надмембранную полость датчика герметично устанавливаем вспомогательную открытую сверху цилиндрическую трубку известного диаметра б с небольшим начальным количеством воды; ° на персональном компьютере запускаем интерфейс режима тарировки и регистрируем начальный сигнал, соответствующий некоторому начальному уровню воды в трубке. ° с помощью доватора добавляем в трубку порцию воды объемом Игн что увеличит уровень жидкости в трубке на величину дл, = 4И/,/(и дг); вводим в компьютер значение И/, и регистрируем соответствующий отклик измерительной системы; ° Аналогичные действия повторяем б б раз и в результате на экране монитора получаем тарировочную зависимость в аиде точек (1У„, Щ на плоскости, где по осям отложены: фактический подъем уровня воды над датчиком гг и соответствующий электрический отклик У„.
Полученная завнснмосп, гг(Ц будет автоматически аппроксимнрована (методом наименьших квадратов) прямой Ь =К У, в результате чего становится известным тарнровочный коэффициент К, который будет использоваться далее г"по умолчанию") при отображении сигналов датчика. 3.4. Порядок проведения эксперимента 1) Включить измерительную систему. 2) Провести тарировку датчика. 3) Установить разделительную перегородку "В" (рис.7). 4) Заполнить водой правый отсек (с датчиком) до уровня )з„ин=З— В мы, а левый отсек — до уровня )1„,=15 — 40зои. Начальный уровень )4г„измерить с помощью индикатора уровня (см.
раздел 3.2.). 5) Перевести интерфейс измерительной системы в режим регистраиии и задать длительность записи регистрируемого сигнала (6- !Осек). 6) Запустить измерительную систему в режиме регистрации и с помощью рычага (см. рис.7) привести в действие подъемный механизм "С". Наблюдать распространение боры (вправо от перегородки), и затем — возвращение отраженного от правого борта юоветы гидравлического прыжка (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
