6 (Техническая газодинамика Дейч М.Е), страница 10

В МЭИ разработаны образцы малоннерционных насадков с емкостиыми преобразователямн. Принципиальная схема преобразователя ясна из рис. 10-12. Подвижным электродом преобразователя служит слюдяная мембрана У, покрытая тонким слоем алюминия. Неподвижный электрод 2 тщательно изолирован от корпуса. Рабочий диаметр мембраны 5 лл. Усилительную электронную схему удобно располагать непосредственно на державке насадка, так как это избавляет от погрешностей, возникающих из-за переменной емкости соединительных проводов. ботать непосредственно ла шлейф осциллопрафа без электронных усилителей, Индуктивные преобразователи позволяют мзмерять как постоянную, гак н переменную составляющие давления и особенно удобны в случае необходимости многоточечных дистанционных измерений.

Рис. 10-!2. Насадок с емкостным преобразователем. Длн измерения переменных давлений на повервиостях обтекаемых тел весьма широко применяются индуктивные преобразователи. Несмотря ма относительную сложность их нонструкцви, опи удобны тем, что при соблюдения ацределелных условий могут ра- 636 Рис 10!в.

Насадок влентротермоанемометра (а), его принципиальная электросхема (б) и осциллограмма пульсаций скорости (а). которое может быть заменено приближенным выражением: и — 1 и,— 1 — = сапа!, Р Р1 (10-1) В настоящее время наиболее разработанныч методом исследования нестацнонарных газовых течений является термоанемометрия Современная термоанемометрическая установка, позволяющая определять пульсацию скорости, величину н направление скорости и температуру исследуемого потока, я~вляется довольно сложныч комплексам, состоящим из неакольких насадкав, измерительного моста, специального электраннага усилителя и осциллографов. Насадок термоа~немометра (рис.

10-13ЛХ) состоит из тонкой (гл' 0,0! †: 0,02 мм) платиновой иля вольфрамовой проволоки 1, приваренной к двум никелевым держателям 2, являющимся токопроводами. Сущеспвуют две основные принципиальные схемы измерительной сцстечы тормоанемаметров. В обоих случаях насадок )7» (~рнс. 10-13Д) включаетоя в адно из плен моста, остальные плечи которого выполнены из сопротивлений, не зависящих от температуры. Сбалансированный при с=О мост разбала~нсируется црн введении насадка в поток с некоторой скоростью с Баланс моста можно восстановить либо у~величанием така прн помощи реостата )7», либо компенсацией изменения сопротивления Й«при помощи 1<з.

Г!ервый метод — «постоянного сопротивления». Более распространен второй метах — постоянного та~на. При измерениях в нестацианарных патаках в измерительную диагональ включается электронный усилитель со специально подбиравчой ха~ра~ктеристикой, позволяющей в определенных пределах компенсировать тепловую инерцию нити Терыоанемометры допускают проведение экспериментов в широком диапазоне скоростей и частот пульсаций газовых потоков.

10-3, ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ При болыаих скоростях в поле газового потока возникают значителыпые градиенты платнасги. Неоднородность потока цри этом позволяет широко црименять аптичеакие методы исследования. В некоторых случаях неоднородности поля создаются в потоке искусственно путем местного нагрева. При таком способе визуализации оптические, методы могут быть применены н для дозвуковых потоков небольших скоростей. Оптические приборы основаны на использовании известных свойств световых лучей, отклоняющихся от первоначального напра~влипни при пересечении среды переменной плотности и, следовательно, переменной преломляющей способности Если и — показатель преломления световых лучей в данной точке поля, то значение плотности потока в точке определяется по соошошвнию 1 и' — 1 ри 2 — — сапа!, где им р, — показатель йреломления и плотность в некоторой пачальиой точке; обычно зти величины относятся к нормальным атмосферным условиям (1, =- 0' С и р, = =760 мм рт.

ст,). Из формулы (10-1) следует, что поле плотнастеи потока будет определено, если опытным путем найти поле показателей преломления световых лучей в исследуемой области. Давления и температуры могут быть определены, если известны еще два уравнения, связывающие параметры течения р, р и Т. Для этой цели служат уравнение состояния и уравнение изазнтрапического процесса. Дифференцирование уравнения (10-! ) приводит к очевидчым соотношениям: ди др — =К вЂ”; ау — ау ' ди др - — =К— дг а д'и д'р д'и д'р — =К вЂ”; — - =К вЂ”, ду» ау» ' дгз дгз ' ар В тех точнах поля, где †, ) О, лучи параллельного пучка рас дзр ходятсй и на экране образуется темная область.

Там, где †«..О, дгз лучи сходятся и освещенность на экране увеличивается. В точке 1 рис. !О 14,б) дзр/дгз » О, а в точке 2 дзр(дгз « О. Отсюди следует, что изображение головной волны у модели будет состоять из двух расположенных рядом линий: черной и белой. В простейшем случае теневой метод может быть осуществлен в расходящемся пучке 639 где К вЂ” постояннан величина.

Отсюда заключаем, что в зависимости от принципа действия и схемы оптические приборы могут быть использованы для непосредственного измерения плотности или первой или второй производной Р. Для качественного изучения патока пригодны все приборы вне зависимости от того, каким методом определяетсн поле плотностей при количественном исследовании. Однако четкость и наглядность получаемой качественной картины потока, а также точность и трудоемкость обработки результатов качественного анализа существенно зависят от схемы и конструкции прибора. Наиболее простыми являются оптические системы, в которых используется теневой метод определения плотностей. Схема такого устройства приведена на рис.

10-14,а Расходящийся пучок света от источника 5 проходит через линзу ь и становится параллельным. Параллельный пучок лучей пересекает воздушный поток, в котором находится модель Д, и падает иа экран или фотопластинку 1. При обтекании модели возникают градиенты плотности. Так, например, если линия тока 1 — 2 пересекает головной скачок у модели, то плотность в зоне пересечения изменяется скачкообразно (рис.

10-14,б). При др др этом — фО и —,фО. Рис 1О-!4. Схема теневого метода. 640 бй'тз (без линзы). Этот метод, наиболее простой и дешевый, нахб. диг применение при изучении скачков в потоке. ДРУгой, более чувствительный и точный оптический прибор, позволяющии измерять первые производные плотности, основан также яа теневом методе. В этом приборе лучи, прежде чеч попасть иа экран, фокусируются в точку, к которой подводится нож Ри "алнчии неоднородности в потоке точка фокуоиромки части лучей са»естится и попадет на нож, хоторый ие препятствует их дальнейшему распространению. В результате картина, образующаяся на экране, будет иметь ббльшую контрастность, чем в простом пРибоРе (рис.

10-14). Широкое рэопространвние получили зеркальные системы теневых оптических приборов. Наиболее совершенным является прибор с зеркально-ченисковой системой, предложенной проф Д. Д, Максу>овым (рис. 10-15). От источника пучок света проходит через конденсор К и щель»). Плоское диагональное з~р~ало 5> изменяет направление хода лучей. Лучи попадают эа вогнУтое сфеРическое зеРнало Зз, пРеобРазУющее РасходЯщийсЯ пУ- чок света в параллельный. Сферическое зеркало Зз вместе с рассвнваюп!ей менисковой линзой й> образует зеркально-менисковую систему, Эта часть прибора, состоящая из осветительного узла, зеркала оз и линзы А>, создает параллельный пучок света и называется коллиматором.

Приемную часть прибора составляют. менисковая линаа Ьз, сферическое зеркало Зз, плоское диагональное зеркало 5м нож Й, поворотное зеркало я», экран » и фотоприставка Ф. Поворотное зеркало 8о в осветительном узле служит для контроля фокусировки щели Для того чтобы источник света, который должен находиться ма оптической оси системы, не закрывал центра поля изображе- ния, оптическая ось системы смещена к ее краю Поэтому система несимметрична относительно геометрической осн, '>то хорошо видно на рис 1О!5 Основное достоинство зеркально-мениоковой системы заключается в том, что при одинаковой светосиле она имеет значительно меньшие сферические и хроматические аберрации по сравнению с линзовой системой Такич образом, в рассмаэр>»ваемои схеме основиычи узлачи являются крупная оптика прибора (зеркально чепнсковая), осве.

Рис. 10-15. Схема зеркально-менискового прибора Д Д. Максутова. тительиый узе.ч, включающий механизм перемещения и изменения щели и фокусировки источника света н меха>низм перемещения ножа с фотоприставкой В процессе эксперимента работа с прибором сводится к воздействию иа осветительный узел, на механизм перемещения щели, на фотопрнставку и на механизм перемещения ножа, В качестве источника света могут быть применены различные осветители, в точ числе ртутная лампа, кинопроекционнзя лампа, искровой разрядник и пр. В ряде случаев оказывает»я целесообразным последовательное использование двух осветителей. При качественном исследовании потока основная задача заключается в правильном выборе степени освещенности поля, когорая зависит от размеров щели, положения ножа и типа осветителя Наибольшая освещенность получается при максимальноя щели и выведенном ноже Необходимо, однако, >учитывать, что с увеличением освещенности чувствительность прибора уменьшается.,Поэтому область потока с небольшими градиентами плотности следует фотографировать при небольших размерах щели и введенном >в >пучок овета ноже Если основной интерес представляет исследование системы скачков, то размеры щели увеличиваются Существенное значение имеет также >распело>кение ножа относительно изучаемого объекта В зависимости от положения ножа (гор>юонтальное, вертикальное или диагональное) лучи, прошедшие чеоднородное поле и отклонявшиеся, могут быть задержаны ножом Т 1К Рис.

10-16. К пояснению принципа действии иитерферометра. 642 нлн, наоборот, проходят х энрэну. В ~первом случае неоднородность получается на экране томной, а во втором — светлой. Четкость изображения при этом сохраняется одннакопой. Лучшие результаты получаюнся тогда, копда кромка ~ножа расположена нормально к направлению ~максимального градиента плавностей, Таким образом, тип оазетителя, размер щели и положение ножа необходимо в ~каждом отдельном случае находить подбором в зависимости от режима по- 8 тока, объекта н задачи исследования.

Прн количественном ис- следовании потока нож оказы- Ь вается непригодным, так как он задерживает лучи и не позволяет измерить углы откло- нения, необходимые для опрел) деления поля коэффициента Е 8 преломл . В этом случае 0 диафрагмировапие пучка света производится тонкой нитью Такой метод количественно~о исследования с помощью оптн- 77 ческого прибора получил на- звание метода нити и ягеля. а Для непосредственного измервния поля плотностей потока применяется оптический прибор, известный под названиеч интерферометра. Принцип действия интерферометра можно Юу уяснить иэ рассмотрения схемы, приведенной на рнс. 10-16 Прибор сасгоит нз двух 1 отражательных зеркал 5~ и 5, и двух полупрозрачных зеркал П, и Пь расположенных в углах прямоугольника под углом 45'.