Автореферат (786441), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При установке тепловизора плоский угол , образованный осью объектива тепловизора и осью симметрии сопла, стремилисьсделать с наименьшим наклоном относительно горизонтальной плоскости дляудобства обработки экспериментальных данных (см. рисунок 10). ПараметрыРисунок 10. Схема эксперимента сРисунок 11. Схема к определениюприменением тепловизораугла визирования и изображения сопла в кадре, представляющего собой эллипс (см. рисунок10), можно измерить в любом графическом приложении.
Значения полуосей,измеренные в пикселах, позволяли найти плоский угол за счёт того, чтопри наблюдении окружности под углом одна из полуосей остаётся равнойрадиусу окружности.В соответствии со схемой на рисунке 11:′() = ,14(15)Учитывая, что одна из полуосей эллипса среза сопла не изменяется, согласнорисунку 10 имеем:′= .(16)Полученные в результате термографирования кадры далее обрабатывалисьв специализированной программе в следующем порядке:() =1. выделялась площадь на термограмме, отвечающая срезу сопла (см. рисунок 12);2. производился экспорт температур всех точек внутри выделенной областитермограммы;3.
по полученному распределению температур производился пересчёт взначение силы излучения на данном углу визирования.Рисунок 12. Пример выделенияРисунок 13. Термограмма боковойобласти сопла для экспортаповерхности сопла стемпературустановленными термопарамиВ силу того, что используемая тепловизионная камера работает только в одном спектральном диапазоне, на основе результатов термографирования неможет быть установлена степень черноты объекта.
Для того, чтобы найденное распределение температур было точным, необходимо располагать данными о свойствах поверхности.В ходе эксперимента контролировалось тепловое состояние двух точексопла, также была осуществлена съёмка поверхности тепловизором (рисунок13).Согласно обработке данного изображения, степень черноты в точке,состоящей в непосредственной близости с термопарой (непосредственно точкуснимать было нежелательно из-за наличия остатков припоя), составила ≈0.71, что хорошо согласуется со справочной литературой.15Обработка результатов экспериментаОбработка термограмм была реализована в предположении расчётаизлучения от среза сопла как от излучающего диска.
Это означает, что наисходной термограмме распределение температур по "срезу"сопла, котороеявляется плоским изображением, трактовалось как распределение температур на плоском диске. Далее, в соответствии с известной площадью сопла,и количеством подсчитанных пикселов, ограниченных областью среза, а также углом размещения тепловизора, выполняется численное интегрированиетемпературных данных. Исходя из предположения, что нами получены верные данные о распределении температур, мы можем пренебречь следующимифакторами:1. изменением угла визирования элементарной площадки-пиксела такогодиска по отношению к наблюдателю;2. изменением реальной площади пятна, ассоциируемой с одним пикселомизображения при отличии положения светящей площадки от положениясреза сопла;3.
изменением степени черноты в зависимости от температуры;Методика расчёта в предположении "излучающего"дискаИсходя из соотношений 3, 2 и определения силы излучения:=ΦΩ(17)Для силы света от одной элементарной площадки (рисунок 14) получим: · · 4 =· · ( ).(18)Или в целом, от всего диска, получим:=∑︁ · · 4=1(19)· · ( ).Рисунок 14. Расчётная схемаПри достаточно большом расстоянии установки тепловизора от среза,по отношению к радиусу сопла, справедливо:( ) ≈ ( ),16Поэтому окончательно получим: · · ( ) ∑︁=· · 4 .=1(20)При обработке термограмм количество экспортируемых пикселов и, соответственно, температурное поле, размеры полуосей эллипса, накладываемого насопло, является зависимым от выбора области, поэтому разумно определитьзависимость 20 иным образом, через измеряемые величины изображения.Пусть=Учитывая, что · · , ( ) = .
=получим,1 ∑︁ 4 =· ·· . =1 (21)(22)(23)∑︀Величина 1 · =1 4 в данном случае будет относится к каждой новой обработке термограммы и её удобно заменить. Тогда выражение 23 преобразуетсяк виду:(24) = · · Φ′ ,где - номер измерения в серии.В четвертой главе приведено описание физического эксперимента сприменением спектрофотометра ИКС-29. В главе описывается методика эксперимента, рассчитываются погрешности измерений и производится анализрезультатов математического и физического моделирования пространственного излучателя.Описание экспериментального стендаДля измерения потока излучения от двигателя ТС-21 спектрофотометр ИКС-29 был размещён в непосредственной близости от наблюдаемогообъекта на столе. Вид сверху на ИКС-29 и систему зеркал приведён на рисунке 15.Для отстройки оптической системы применялся сверхъяркий светодиод, установленный в щели спектрофотометра (рисунок 16).На рисунке 17 приведено световое пятно, формируемое насопле светом, прошедшим через оптическую систему.
При проведении экспериментов оптическую систему старались настроить такимобразом, чтобы световое пятно закрывало срез сопла полностью.17Рисунок 15. Вид сверху на ИКС-29и установленную зеркальнуюРисунок 16. Настройка системы по"точечному"источнику светасистемуКонструкция прибора предусматривала установку внешнего источника питания и цифрового вольтметра для автоматизированного контроля показаний прибора.
Для измерений использовался автоматизированный лабораторный комплекс, позволявший осуществлять непрерывныйконтроль измеряемых параметров в ходе экспеРисунок 17. Световое пятно наримента. На рисунке 18 приведено изображениеисследуемом соплес экрана монитора, выводившего показания приборов на пульт управления.Показания термопар дополнительно служили сигналом к запускуспектрофотометра, который запускался по достижении некоторой постоянной температуры.Рисунок 18.
Общий разработанных "виртуальных приборов"(NI LabView18Рисунок 19. Общая зеркальная оптическая схема излучателяОптическая зеркальная система исследуемого излучателяОптическая зеркальная система исследуемого излучателя являетсяаналогом двухлинзовой оптической системы. Излучатель 1 (рисунок 19) проектировался сферическим зеркалом 2 в плоскость сферического зеркала 4с помощью промежуточного плоского зеркала 3. В свою очередь зеркало 4осуществляло направление потока излучения на щель спектрофотометра.Зная температуру глобара в канале сравнения ИКС-29, интенсивностьизлучения можем найти по формуле:2· ()Ω · · ℎ · (× · ℎ× ) · (, ) = () ·3Ω · (, ) · (25) () - интенсивность излучения глобара, Вт · м−2 ср−1 , определяемаяпо формуле Планка (температура глобара измеряется тепловизионным методом); Ω - телесный угол в оптической системе глобара, ср; , ℎ - высотаи ширина щели; × , ℎ× - коэффициент увеличения оптической системы;- коэффициент отражения зеркал; Ω - телесный угол внешней оптическойсистемы, ср; (, ) - видимая площадь излучателя, м;19Анализ расчётно-экспериментальных данныхНарисунке20приведенпримерэкспериментальногозамераспектральногораспределениятепловогоизлучениямодельногоизлучателявабсолютныхединицах.Для сравнения, приводится график распределения интенсивностиизлучения чёрного тела по длинамволн по формуле Планка.
Так какмножитель справа от () в уравнении 25 для заданной оптическойсистемы является постоянным, тодля качественной проверки экспериментальных данных можно использовать формулу Планка с подобранным коэффициентом про- Рисунок 20. Измеренный спектр излучения.порциональности.Излучатель: сопло ТС-21, ≈ 65 , = 10%,Сравнение показывает, что = 10Вво втором диапазоне экспериментальные данные удовлетворяют теоретической формуле. Поэтому далее данные интегрировались численно по интервалам длин волн и, таким образом были получены суммарные значения силы излучения в диапазоне2 ( = 8.33...25 мкм), что при перемножении на поправочный коэффициент, вычисленный на основе уравнения Планка и закона СтефанаБольцмана, позволило получить суммарные потоки во всём спектре.Причина несоответствия экспериментальных замеров в диапазоне 1 состоит вневысоком опорном напряжении (ограничение плат АЦП), высокой интенсивности излучения глобара ( ≈ 1600 K по сравнению с ≈ 700 − 800 K),несмотря на значительное ослабление сигнала в канале сравнения.На рисунке 21 сведены результатыТаблица 3.
Температуры излучающихэкспериментальных замеров уровня теплоповерхностейвого излучения, полученные обоими метоСопло Центр. тело Лопатки дами, а также расчётные результаты модеT, К 6737731073 лирования распределения излучения, по0,60,60,6лученные в различных программах.Моделирование проводилось с использованием следующего набора исходных данных:1. средние температуры, заданные по данным термографирования;202.
поле температур, рассчитанное для номинального режима модельногодвигателя;Средние температуры были заданы в соответствии с таблицей 3.Помимо температур, указанных в таблице 3, по даннымтермографированиябыливариативноизмененытемпературы сопла, в соответствии с режимом работы (таблица 4).На рисунке 21 линия показывает Таблица 4. Заданные температурырезультаты расчёта по алгоритму, описан- поверхностей для разных режимовному в главе 2, на сфере суммирования1 , n=62% 2 , n=86% = 10м. Линии 2 ... соответствуют ре = 0.65822,2872,2зультатам расчёта программы, разработан = 0.85729,6766,5ной Ященко Б.Ю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
