Способ измерения радиальной компоненты вектора скорости вращающегося потока в цилиндрическом канале

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследований методом лазерной доплеровской анемометрии динамики вращающегося потока в трубах, циклонах, сушилках и других технологических аппаратах с цилиндрической формой стенок. Цель изобретения - повышение точности измерения радиальной компоненты вектора скорости в условиях рефракции зондирующих пучков на цилиндрической стенке канала за счет обеспечения контроля радиального положения точки измерений и обеспечения радиальной ориентации вектора чувствительности лазерного доплеровского анемометра /ЛДА/. Два зондирующих пучка ЛДА, лежащие в плоскости сечения цилиндрического канала, направляют для измерения скорости в заданную область внутри канала и осуществляют в процессе настройки при наличии вращающегося потока следующие вспомогательные операции. Формируют третий вспомогательный пучок, когерентный двум зондирующим пучкам, направляют его в цилиндрический канал по радиусу исследуемого сечения. Путем относительного перемещения оптической системы ЛДА и канала совмещают область пересечения зондирующих пучков с осью третьего пучка, фиксируя положение совмещения по появлению дополнительных спектральных компонент в спектре сигнала ЛДА, перекрыв третий пучок, поворачивая оптическую систему ЛДА относительно зафиксированного положения точки измерения, добиваются положения, при котором доплеровский сдвиг частоты - минимален. Зафиксировав таким образом радиальную ориентацию вектора чувствительности, производят измерение радиальной компоненты вектора скорости с помощью ЛДА. Ил. 3.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1516985 A 1 (50 4 G 01 Р 3/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 ного положения точки иэмерений и обеспечения радиальной ориентации вектора чувствительности лазерного доплеровского анемометра (ЛДА), Два зондирующих пучка ЛДА, лежащие в плоскости сечения цилиндрического канала направляют для измерения скорости в заданную область внутри канала и осуществляют в процессе настройки при наличии вращающегося потока следующие вспомогательные операции. Формируют третий вспомогательный пучок, когерентный двум зондирующим пучкам, направляют его в цилиндрический канал по радиусу исследуемого сечения ° Путем относительного перемещения оптической системы

ЛДА и канала совмещают область пересечения зондирующих пучков с осью трЕтьего пучка, фиксируя положение совмещения по появлению дополнительных спектральных компонент в спектре сигнала ЛДА, перекрыв третий пучок, поворачивая оптическую систему ЛДА относительно зафиксированного положения точки измерения, добиваются положения, при котором доплеровский сдвиг частоты минимален, 3a,фиксировав таким образом радиальную ориентацию вектора чувствительности, производят измерение радиальной компоненты вектора скорости с помощью

ЛДА, 3 ил, (? 1) 43841 27/24-10 (22) 29,02.88 (46) 23,10,89, Бюл, й- 39 (71) Московский текстильный институт им, А,Н,Косыгина (72) Л,И,Гудим, Б,С Сажин и Е,F),Ñåðoâ (53) 532.574(088,8) (56) Boadway I.D Karahan Е, Correction of 1.aser Doppler Anemometer Reading for Refraction of Cilindrical

Interfaces, — РЕБА Information, 1981, 1 26, р. 4-6, Дубнищев fO,Н., Ринкевичюс Б.С, Методы лазерной доплеровской анемометрии, — Yi. Наука, 1982, с. 304. (54) СПОСОБ И31ЖРЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ

КОМПОНЕНТЫ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ВРАЩА1пЩЕГОСЯ ПОТОКА В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ КАНАЛЕ (57) Изобретение относится к ивме- . рительной технике и может быть использовано для исследований методом лазерной доплеровской анемометрии динамики вращающегося потока в трубах1 циклонах, сушилках и других технологических аппаратах с цилиндрической Аормой стенок, 11ель изобретения — повышение точности измерения радиальной компоненты вектора скорости в услови-

l ях рефракции зондирующих пучков на цилиндрической стенке канала за счет обеспечения контроля радиальИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для иселедований гидро- и аэродинамики потоков в трубах, циклонах, сушилках в химической и других отраслях промышленности, где необОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3 1516985 ходимо осуществить измерения вектора скорости вращающегося потока в цилиндрическом канале, при котораlx эн»чительную труднОсть представляют иэ5 мервния его радиальной компоненты, Целью изобретения является повышение точйости измерения радиальной компоненты вектора скорости в условиях рефракции зондирующих пучков 0

ЛДА на цилиндрической стенке канала эа счет обеспечения контроля радиального положения — точки измерения и обеспечения радиальной ориентации вектора чувствительности,ЛДА, На фиг.1 показано смещение точки пересечения зондирующих пучков лазерного доплеровского анемометра (ЛДА) при радиальном сканировании исследуемого цилиндрического канала (ОА — 20 траектория точки пересечения пучков в отсутствие рефракции на стенках модели, ОА — при наличии рефракции, К вектор чувствительности ЛДА, направпение которого соответствует изме- 25 ряемой проекции скорости); на фиг,2— пример устройства, реализующего предлагаемый способ, вид сбоку; на фиг.3 — то же, вид сверху, Устройство содержит лазер 1, оп- 30 тический блок ЛДА 2 с встроенным фотоприемником (ФП) 3 для работы в режиме обратного рассеяния, жестко закрепленные на оптической скамье

4, закрепленной координатным устройством, включающим направляющую 5 с воэможностью перемещения относительно ответной направляюшей 6. Поворотное устройство, прикрепленное к направляющей 6, включает четыре преци- 40 эионных ролика 7, два иэ которых прижаты к поверхности, образованной . внутренним радиусом R части коль1 цевой скамьи 8, а два других — к поверхности, образованной внешним ради- 45 усом R скамьи 8 ° Последняя установлена на оптическом столе 9, снабженном двухкоординатиым устройством, степени свободы которого отмечены на фиг,3, Два зондирующих пучка 10 пересекаются в исследуемом цилиндрическом канале 11, Делитель 12 и зеркало

13 служат дпя формирования третьего лазерного пучка ° Для работы ЛДА в режиме прямого рассеяния служит ФП

14, Блок 15 электронной обработки (процессор) доплеровского сигнала соединен входом с выходам ФП, а выходом — с анализатором 16 спектра, Способ осуществляют следующим образом, В исследуемое сечение цилиндрического канала направляют два зондирующих пучка 1 ЛДА 2, располагая их в плоскости сечения (фиг,2). Для исследования радиального профиля радиальной компоненты вектора скорости т,(г) начальную точку измерения г устанавливают в центре цилиндрического канала (точка О), перемещая ЛДА относительно канала (нлп наоборот) в радиальном направлении ОА, устанавливают новые положения точки измерения. Однако вследствие рефракции пучков на цилиндрических стенках точка измерения смещается по..кривой OA причем в каждой новой точке в результате разворота вектора чувствительности ЛДА К (ортогонального биссектриссе угла сведения пучков и лежащего в их плоскости) на угол к направлению радиуса в данной точке измеряется не истинная радиальная компонента ч„, а смешанная компонента вектора скорости

« м

"и сов11 + " э п ° где; — тангенциальная компонента вектора скорости.

В закрученных потоках v2 )) у„ ° что ВНосНТ значительную погрешность в измерение радиальной скорости.

Согласно способу измерения для обеспечения контроля радиального положения точки измерения и радиальной ориентации вектора чувствительф ности К формируют третий лазерный пучок, когерентный зондирующим, и направляют его в плоскости сечения вдоль исследуемого радиуса ОА, пер" пендикупярного главной оптической оси, С помощью ФП, работающего в режиме прямого или обратного рассеяния, и аппаратуры

15 обработки сигналов регистрируют на спектроаналиэаторе 16 спектр доплеровского сигнала. Устанавливают точку пересечения осей зондирующих пучков в точку измерения, перемещая оптическую часть ЛДА по двум направлениям: вдоль прямой, параллельной исследуемому радиусу, и по нормали к ней в плоскости сечения канала, При .наличии вращающегося потока наблюдают эа иэмененпями регистрируемого спектра, Появление в нем допол1516985

При формировании третьего пучка необходимо соблюдение условия временной когерентности излучения пучков

ЛДА и третьего вспомогательного пучка что достигается выбором допусти1 мой оптической разности хода, Для формирования третьего вспомогательного пучка можно также использовать

40 нительных спектральных компонент (например, симметричных относительно частоты доплеровского сигнала первичных пучков 10 или идентифицируемых поочередным закрытием каждого

5 зондирующего пучка, вызванных тем, что каждый из зондирующих пучков интерферирует с третьим пучком, свидетельствует о том, что точка измерения находится на исследуемом радиусе.

Для установки правильной ориентации

К поворачивают оптическую часть ЛДА относительно точки измерения в плос", кости пучков до достижения минимума доплеровского сдвига частоты — результата интерференции зондирующих пучков. Третий пучок при этом предварительно перекрывают, Согласно (1) измеряемая скорость „ минимальна иЗм 20 при значении угла рассогласования (=О, поскольку v-, yp v Соответственно доплеровский сдвиг частоты, пропорциональный значению v „„e так же принимает минимальное значение. д

Фиксируя это положение ЛДА и перекрыв вспомогательный третий пучок, производят измерение радиальной компоненты скорости любым из известных методов преобразования доплеровского сигнала, например спектральным. второй лазер, излучение которого когерентно излучению первого лазера, Ф о р м у л а и s о б р е т е н и я

Спос об измер ения радиальной к омпоненты вектора скорости врашающегося потока в цилиндрическом канале, заключающийся в том, что в исследуемый поток направляют два пересекаюшихся зондирующих пучка оптической системы лазерного доплеровского ане— мометра, совмещают точку пересечения осей зондирующих пучков с точкой измерения радиальной компоненты вектора скорости, определяют доплеровский сдвиг частоты сигнала лазерного доплеровского анемометра, по которому судят о значении радиальной компоненты вектора скорости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повытпения точности измерений, формируют третий .лазерный пучок, когерентный двум зондирующим пучкам, направляют его в цилиндрический канал по радиусу исследуемого сечения, совмешают точку пересечения осей зондирующих пучков с осью третьего пучка, при этом положение совмещения фиксируют по наличию дополнительных спектральных компонент доплеровского сигнала, поворачивают оптическую систему в плоскости зондирующих пучков вокруг оси, проходящей через точку измерения радиальной компоненты скорости, до положения, соответствующего минимальному значению доплеровского сдвига частоты сигнала, после чего производят измерение.

15)б985

Фиг.2 сдобы устанобо чной ехали

Cmene a

cga6ir gA

nnmuчесл оы

morta

Составитель А,Тимофеев

Редактор И,Горная Техред Л.Серд Окова Корректор О.ципле

Заказ 6387/49 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101