Способ измерения поля скоростей газового потока Советский патент 1983 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скоростных характеристик газовых потоков одновременно в большой исследуемой области.5 Известен способ измерения поля скоростей состоящий в том, что движущийся объект освещают кох ерентнЕлм светом, а рассеянный свет последовательно фильтруют низкочастотным фильт-Ю ром пространственных частот, Х1искриминируют оптическим частотным дискриминатором и регистрируют l ), Недостатком известного способа является малый угол наблюдения (отсюда низкая интенсивность полезного сигнала или ма.лое поле визуализации) , Кроме того, результаты измерений зависят от плотности газа и интенсивности зондирующего излучения. Известен способ, состоящий во введении в поток примеси/ освещении потока возбуждающим электромагнитным излучением и регистрации рассеянного излучения, В качестве .примеси используют флуоресцирующее вещество (молекулы йода), а о скорости потока судят по сносу флуоресценции 2. Однако способ характеризуется низкой точностью, обусловленной малым временем жизни возбужденн ых молекул 30 или атомов. Использование молекул с большим временем жизни возбужденного состояния приводит к уменьшению рассеянного света за счет возрастания роли процессов тушения и ухудшения 35 пространственного разрешения. Кроме того, способ обладает малой информативностью, он позволяет определять скорость лишь вдоль линии распространения возбуждающего излучения, 40 Причем результаты измерений зависят от параметров возбуждающего излучения, В частности от длины волны и монохроматичности, так как для возбуждения флуоресценции необходимо j настроить возбуждающее излучение на линию поглощения примеси. Цель изобретения - увеличение точности и повышения информативности за счет устранения указанных недостатков , Поставленвая цель достигается тем, что согласно способу измерения поля скоростей газового потока путем введения в поток примеси, освещения потока возбу;вдаю цим электромагнитным H3j;y4eHHeM и регистрации рассеянного излучения, при котором изменяют интенсивность возбуждающего излучения и проводят селекцию областей газового потока с одинаковЕдм распределв- 60 кием интенсивности рассеянного излучения,- по величине которой судят о , . поле скоростей газового потока,. При этом изменение интенсивности возбуждающего излучения проводят пут ции йод буж ния чен щес тов Нгш исш про че эн ат изл За вы ил ги ма со гд гд V из м его пространственной модуля. качестве примеси используют стый натрий, а длину волны возающего электромагнитного излучевыбирают меньшей 240 нм. од действием возбуждающего излуя происходит фотодиссоциация вева примеси с образованием-продукреакции в возбужденном состоянии, имер, если в качестве примеси льзуется йодистый натрий (Nal), сходит р еакция (о + -hV-i Noi 3| нергия кванта возбуждающего излуя liV должна быть больше суммы ргии диссоциации NaJ и возбуждения ов натрия (Na) ,+ E8a5g ля Nal длина волны возбуждающего учения получается меньше 240 нм. ем возбужденная атомами спонтанно вечивается Nc Na-t-lTv тушатся при столкновении с друи молекулами газа ,, & -- Nci + M: N , Плотность излучения единицы объегаза в единичном телесном угле тавляет -w 3- - интенсивность зондирующего излучения; А - вероятность излучательвого перехода; б - сечение фотодиссоциации; V - скорость газа (, ); р - плотность газа .,Т - температура газа; с( мольная доля примеси фотодиссоциирующего вещества; 2 - толщина возбуждающего излучения вдоль направления скорости . ,- .CM.v., сечение тушения возбужденных продуктов фотодиссоциации молекулшу1и сорта М-; 11А У -гг г-. относительная тепловая скорость Na и М;| / 3 - дополнительное слагаемое, определяемое молекулярной диффузией,, Если интенсивность возбуждающего учения удовлетворяет условию Чдля широкого класса течений, таких, что Л « ер yf , получаем (4) То есть интенсивность регистрируе,мого рассеянного излучения прямопропо циональна числу Маха газового поток Так как до начала измерения поля скорости неизвестна максимальная ск рость потока, невозможно сразу уста новить требуем ю мощность возбуждаю щего излучения или (при заданной мои ности излучения) размеры поля, измерения скорости. Для гарантии выполнения условия (2) необходимо зарегистрировать поля рассеянного света одновременно при различных интенсив ностяк возбуждающего излучения, срав нить полученные поля и по неразличающимся полям интенсивности судить о распределении скорости. Эти операции могут быть осуществлены путеМ пространственной периодической моду ляции интенсивности возбуждающего излучения. Соотношение (4) будет выполняться в области течения где отсутствует периодическая структура. Способ может быть реализован в аэродинамической трубе с омическим подогревателем (при использовании в качестве примеси Nal). На чертеже изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа измерения поля скоростей (чисел М) газового потока. Устройство Состоит из сосуда 1 с кристаллами Nal, помещенного в фор камеру трубы (не обозначена), источника 2 возбуждающего излучения, фокусирующей оптики 3, пространственного модулятора 4 интенсивности, фотоаппарата 5 со светофильтром 6. В качестве источника возбуждающего излучения используется лазер, энергия квантов которого превышает сумму энергии диссоциации выбранной примеси и энергии возбуждения одного из продуктов диссоциации примеси (например, если в качестве примеси используется йодистый натрий Nal, то длину волны возбуждающего излучения следует выбирать меньшей 240 нм). Возбуждающее излучение фокусируют в плоскость, периодически модулируют по интенсивности в пространстве и направляют в интересующую область течения. Рассеянное излучение отделяют от возбуждающего с помощью фильтра и регистрируют посредством фотоаппарата на пленку Затем путеммикрофотометрирования негативов сравнивают интенсивности рассеянного излучения, соответствующие различным возрастающим интенсивностям возбуждающего излучения. Если при этом интенсивности рассеянного из- лучения не отличаются, то они ггропорциональны локальной проекции числа М потока на перпендикуляр к плоскости возбуждающего излучения. Способ позволяет получить информацию о скорости в сечении потока/ локальность определяется толщиной плоскости возбуждающего излучения и может быть лучше 0,1 мм. Регистрируемое излучение может быть собрано под любым углом, не зависит от параметров возбуждающего излучения, что определяет более высокую точность измерения скорости (1%), чем, например, по сносу флуоресценции, где точность определяется малостью времени жизни возбужленных молекул и составляет 10%.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ГАЗОВОГО ПОТОКА путем введения в поток примеси, освещения потока возбуждающим электромагнитным излучением и регистрации рассеянного излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности измерений, изменяют интенсивность возбуждающего излучения и проводят селекцию областей газового потока с одинаковым распределением интенсивности рассеянного излучения, по величине которой судят-О поле скоростей газового потока, 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение интенсивности возбуждающего излучения проводят путем его пространственной модуляции. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, в качестве примеси используют йодистый натрий, а длину волны возбуждающего электромагнитного излучения выбирают е меньшей 24.0им. CZ ю |