Установка для изучения гидродинамических течений методом голографической интерферометрии

 

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике газовых потоков и позволяет изучать гидродинамические пристенные и струйные течения ниэкоскоростных потоков методом топографической интерферометрии, Установка для изучения гидродинамических пристенных и струйных течений методом голографической интерферометрии в реальном времени состоит из лазера с набором линз и зеркал, голограммы , аэродинамического рабочего участка с нагревателем и средствами регулировки и контроля температуры, рабочего участка с рубашкой циркуляции теплоносителя. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s G 01 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899861/25 (22) 08,01.92 (46) 23.12 92, Бюл. ¹ 47 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте (72) С.С,Рыжков, Г.Ф.Романовский, С.ИЛипатников и Ю.Г.Золотой (56) Клочков B,Ï. и др. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия; Справочник. — Киев; Наукова

Думка, 1985. с,629. 664-665, Вест Ч. Голографическая интерферометрия, — М.: Мир, 1982. с.384 — 388. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ МЕТОДОМ

Изобретение может быть использовано при создании тепломассообменных и сепарирующих устройств, Целью изобретения является увеличение чувствительнссти исследования гидродинамических пристенных и струйных . течений низкоскоростных потоков.

На чертеже показан общий вид установкии.

Установка состоит из лазера 1 (оптического квантового генератора), системы линз

3. 8, 9, 19, зеркал 2, 4, 6, 7, светоделительной пластины 5, аэродинамического рабочего участка 10. включающего обтекаемую преграду 11 (в случае канала и стенки 12) с . рубашками псдачи охлаждаемого до температуры окружающей среды теплоносителя (подвод и отвод теплоносителя указан стрелками); патрубка раздачи газа 14 с охлаждаемой рубашкой 15; подогревателя газа 16, нагнетателя 17 (на схеме средства. Ж» 1783292 Al

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ (57) Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике газовых потоков и позволяет изучать гидродинамические пристенные и струйные течения низкоскоростных потоков методом голографической интерферометрии, Установка для изучения гидродинамических пристенных и струйных течений методом голографической интерферометрии в реальном времени состоит из лазера с набором линз и зеркал, голограммы, аэродинамического рабочего участка с нагревателем и средствами регулировки и контроля температуры, рабочего участка с рубашкой циркуляции теплоносителя, 1 ил, регулирования и контроля температуры не показаны) голограммы 18 (фотопластины); экрана 20, на который проектируется изображение; фотокамеры 21, Обтекаемая газом преграда 11 образует рабочий объем аэродинамического участка, который располагается в области фотослоя фотолластинки

18, Лазер 1, светоделительная пластина 5, канал формирования опорного пучка (через линзу 3), канал формирования предметного пучка (от зеркала 7 и линз 8, 9) оптически связаны между собой, Аэродинамический рабочий участок 10 размещен в канале формирования предметного пучка. Преграда 13 установлена параллельно оптической оси к выходной плоскости патрубка раздачи газа и на расстоянии от нее, образуя рабочий объем аэродинамического участка. На пересечении осей каналов предметного и опорного пучков находится регистрирующая среда — голограмма 18. 3а регистр ру1783292 ющей средой установлен блок регистрации интерферограммы, состоящий из линзы 19, экрана 20 и фотокамеры 21, Синхронизатор пуска электродвигателя кинокамеры соединен с патрубком раздачи газа, 5

Исследование газовых потоков методом голографической интерферометрии основано на изучении распределения плотности газа р, которая определяет- его показатель преломления и и связана с ним 10 соотношением б п М Е- (1) т -ДТ2 где Т и р — абсолютная температура К. и давление, Па; 15

M u R — молекулярная масса газа, кг/моль, и универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);

К вЂ” постоянная Гладстона-Дейла, зависящая от свойств газа.

В газовых потоках при числах Прандтля, близких к единице (Рг = 1), наблюдается аналогия между гидродинамическими и тепловыми процессами, В этом случае по характеристикам тейлового слоя можно 25 судить о гидродинамическом. Температурное поле в слое при р = const однозначно характеризует распределение плотности газа в нем, что позволяет применять уравнение (1). для изучения голографической 30 интерферометрии;

Установка функционирует следующим образом; луч, генерируемый оптическим квантовым генератором 1 (гелий-неоновый лазер ЛГ-38)., при помощи зеркал 2 и 6 на- 35 правляется на светоделительную пластинку

5 с коэффициентом отражения 0,5, Проходящий через пластинку луч отражается от зеркала 4 и через короткофокусную линзу 3 формирует опорный пучок. Отраженный от 40 пластинки луч при помощи зеркала 7 и системы линз 8 и 9 создает предметный пучок, который проходит через исследуемую область 10. B этой области установлен рабочий объем 10 аэродинамического участка. 45

Предметный пучок пересекается с опорным . в плоскости фотослоя 18. Результирующее изображение при помощи восстанавливаю. щей линзы 19 проецируется на экран 20.

Для регистрации изображения использова- 50 на скоростная кинокамера 21 при убранном экране или фотоаппарат.

Для получения результирующей интер-. ферограммы применяется метод реального времени, который делится на два этапа, Сначала снимается опорная голограмма беэ рабочего объема 10. Фотопластинка обрабатывается "на месте", а затем отбеливается. На втором этапе в исследуемую область вводится рабочий объем 10 и голографическое изображение проецируется на экран.

Рабочий аэродинамический участок состоит из патрубка раздачи газа 14, снабженного охлаждаемой рубашкой 15, плоской преграды-пластины 11, охлаждаемой с помощью трубчатой спирали 13, паро- или электронагревателя 16 и нагнетателя воздуха 17, Пластина 11 располагается перпендикулярно раздатчику 14 и закрепляется на координатнике. Горизонтальное расположение пластины, охлаждение ее и раздатчи-. ка исключает вертикальные конвективные потоки воздуха, Раздатчик 14 и нагнетатель

17 установлены на координатнике и соединены гибким шлангом. Мощность нагревателя 16 и расход воздуха через нагнетатель

17 регулируются при помощи автотрансформаторов, Расход воздуха измеряется по перепаду давлений на входном коллекторе по показаниям микроманометра. Во время работы охлаждающая вода с температурой

15-20 поступает в трубчатую спираль 13 и рубашку 15, что обеспечивает практически одинаковую температуру стенок раздатчика и поверхности пластины, Температура окружающего установку воздуха поддерживается при помощи кондиционера около 20 С.

Пластину 11 обтекает струя горячего воздуха с температурой 80 — 100 С, поступающая из раздатчика 14, Измерения температур производятся хромель-копелевыми термопарами. На поверхности пластин ы образуется тепловой пограничн ый слой с различной плотностью по толщине; кроме того, плотность воздуха может меняться вследствие повышения давления. Все элементы оптической схемы закрепляют в держателях, позволяющих поворачивать их в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и устанавливают на виброзащищенной плите, где также размещен рабочий объем. Скоростная кинокамера позволяет фиксировать развитие основных областей обтекания препятствия во времени при различных скоростях истечения и расстояниях от раздатчика до пластины. Динамика процесса изучается просмотром кинопленки на кинопроекторе, а также по кинограммам.

Применение подогревателя газа со средствами регулировки и контроля температуры и снабжение патрубка раздачи газа и обтекаемой преграды соответственно наружной и внутренней рубашкой для циркуляции теплоносителя со средствами контроля температуры позволяет использовать аналогию между гидродинамическим и тепловым пристенным слоями для газов, которые характеризуются числами Прандтля, 1783292

Формула изобретения

Установка для изучения гидродинамических течений методом голографической интерферометрии в реальном времени, состоящая .из оптически связанных лазера,,УюРлэ а

Составитель С.Рыжков

Техред М,Моргентал

Редактор Г.Бельская

Корректор Н.Ревская

Заказ 4505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 близкими к 1, т.е, по характеристикам теплового слоя можно однозначно судить о пристенном и струйном слоях и течениях.

Наличие градиента температуры в пристенном слое изменяет показатель преломления газа, что позволяет использовать в этом случае метод голографической интерферометрии. Изменение полос фиксируется на фотослое голограммы.

Применение кинокамеры и фотоаппарата и соединение синхронизатора пуска электродвигателя кинокамеры с патрубком раздачи rasa позволяет документализировать процесс. Кроме того; используя синхронный пуск, можно осуществить документализацию динамики процесса обтекания — от начального момента до установившегося режима.

Установка позволяет изучать гидродинамические пристенные и струйные течения при любых скоростях газа — от 0,1 до 200 м/с и более; осуществлять документализацию процесса при помощи кинограмм интерфе.рограмм. светоделительной пластины, канала формирования опорного пучка, канала формирования предметного .пучка, в котором установлен исследуемый аэродинамиче5 ский рабочий участок, и регистрирующей среды, размещенной на пересечении осей каналов формирования предметного и опорного пучков, причем за регистрирующей средой установлен блок регистрации

10 интерферограммы,отличающаяся тем, что, .с целью увеличения чувствительности исследования гидродинамических пристенных и струйных течений низкоскоростных потоков, в установку введен нагреватель ra15 за со средствами регулировки и контроля температуры, установленный в аэродинамическом рабочем участке, патрубок раздачи газа и преграда, снабженные охлаждаемой рубашкой с патрубками под20 вода и отвода теплоносителя, при этом преграда установлена параллельно оптической оси к выходной плоскости патрубка раздачи газа и на расстоянии от нее, образуя рабочий объем аэродинамического участка, блок

25 регистрации интерферограммы содержит установленные последовательно эа регистрирующей средой линзу, экран и фотокамеру и синхронизатор пуска электродвигателя кинокамеры, соединенный с патрубком раз30 дачи газа.