Способ определения скорости изменения нестационарной газовой неоднородности Советский патент 1986 года по МПК G01N21/61 G02B27/54 

i

Изобретение относится к экспериментальным методам исследования нестационарных и быстропротекающих процессов в прозрачных неоднородностях (г азах, жидкостях, твердых телах) с помощью оптических устройств (теневых приборов, интерферометров).

Цель изобретения - увеличение точности способа определения скорости изменения нестационарной газовой неоднородности.

На фиг. 1 изображены оптические теневые картины процесса отражения .ударной волны от торца ударной трубы, полученные с помощью последовательных во времени кратковременных световых импульсов; на фиг. 2 - фоторазвертка процесса отражения ударной волны совместно с кратковременными световыми импульсами; на фиг. 3 - схема оптического прибора для реализации способа; на фиг. 4 - фрагмент схемы (фиг. 3), поясняющий расположение световодов в поле зрения прибора.

На фиг. 1 показаны теневые картины 1-3 процесса отражения падающей ударной волны 4, полученные с помощью трех последовательных во времени кратковременных световых импульсов. Ударная волна отражается от торца 5 ударной трубы. Перед падающей ударной волной находится область 6 невозмущенного газа, за ней - область 7 ударного нагретого газа. После отражения падающей ударной волны от торца в обратном направлении начинает двигаться отраженная ударная волна 8. Вблизи боковых стенок ударной трубы (сверху и снизу) образуется тройная точка 9 А -конфигурации волн, возникающей в результате взаимодействия отраженной ударной волны с пограничным слоем на боковых стенках ударной трубы. Область 10 - область возмущенного газа за отраженно ударной, волной.

На фиг. 2 показана фоторазвертка 11 сечения теневой картины, расположенного вдоль оси ударной трубы На фоторазвертке зарегистрированы процесс отражения ударной волны совместно с кратковременными световыми импульсами 12-14, с помощью которых получены теневые картины 1-3, изображенные на фиг. 1. Ударные волны и области газа исследуемого процесса обознач€ ны на фиг. 2 теми же пози5

3(892

циями (позиции 4, 6, 7, 8, 10), что и на фиг. 1; Точка 15 на фоторазвертке - опорная фаза процесса, соответствующая моменту начала отра- женин ударной волны от торца 5 ударной трубы. V, и V - скорости падающей и отраженной ударных волн, Vp - скорость фоторазвертки.

Q Оптический прибор для реализации способа (фиг. 3 и 4) содержит источники света 16-19, один из которых- источник 18, оптически сопряженный с приемником-фоторегистратором 20, служит для получения длительного све-. тового импульса (его длительность определяется длительностью исследуемого процесса), источники 16, 17 и 19, оптически сопряженные соответственно

- с приемниками-фотокассетами 21-23, служат для получения кратковременных импульсов света; между источниками света и приемниками расположены кон- денсорные системы 24-27; входной от5 ражательный призменный блок 28, выполненный из четьфех прямоугольных призм, катетные грани которых образуют прямоугольник, совмещенный центром с оптической осью прибора и перJQ пендикулярный к ней, а зеркальные гипотенузные грани призм обращены в сторону конденсорных систем и развернуты по отношению к одноименным граням соседних призм на угол входную диафрагму 29 с двумя параллельными одна другой щелями; поворотное зеркало 30; объектив коллиматора 31; камеру 32 с исследуемой газовой неоднородностью; объектив приемной части 33; поворотное зеркало 34; визуализирующую диафрагму в виде четьфех ножей Фуко 35; выходной отражательный призменный блок 36 (выполненный аналогично призменному блоку 28), зеркальные гипотенузные грани которого обращены в сторону фотографических объективов 37-40, служащяе формирования изображения теневой картины в приемниках. Изображение 41 входной щели фоторе- гистратора 42 в обратном ходе лучей строится о бъективами 37 и 33 в исследуемом поле 43 оптического прибора. С продольной осью изображения 41 щели фоторегистратора совмещены

выходы 44 световодов 45-47, входы 48-50 которых размещены перед кратковременными источниками 16, 17 и 19 света соответственно.

35

40

45

3

Пример. Исследовался процесс отражения падающей ударной волны 4 от торца 5 прямоугольного канала ударной трубы (фиг. 1 и 2). Скорость падающей ударной волны 4 равна V, 2,5 км/с, отраженной, 8 - ,0 км/с.

При определении скорости перемещения тройной точки 9 в направлении от стенки ударной трубы к ее оси осуществляются следующие операции.

1.Через оптические окна ударной трубы с помощью последовательных во времени кратковременных световых импульсов (длительность каждого им- пуса 0,5 мкс) регистрировались оптические теневые картины по методу Кранца-Шардина. Три таких картины 1-3 схематически показаны на фиг. 1. Для определения скорости тройной точки 9 в данном случае пригодны картины 2 и 3, на которых она видна.

2.За время протекания процесса осуществлялась, кроме того, регистрация фоторазвертки осевого сечения наблюдаемого поля процесса совместно с кратковременными световыми импульсами. Фоторазвертка процесса регистрировалась с помощью длительного светового импульса ( мкс). По схематически показанной фоторазвертке 12 (фиг. 2) можно проследить за движением областей газа 6, 7 и 10 и ударных волн 4 и 8 вдоль оси ударной трубы. Опорной фазой процесса (от- счетной временной точкой процесса)

в данном случае является точка 15 на фоторазвертке, соответствующая моменту начала движения ударной волны от торца 5 ударной трубы. Временная развертка кратковременных световых импульсов представлена на фоторазвертке 12 в виде точек (почернений на фотопленке) 12-14.

3.По теневым картинам 2 и 3 (фиг. 1) измерялись расстояния (в направлении оси У) соответственно У, и У2 от тройной точки 9 до верхней (или нижней) стенки ударной трубы и вычислялось относительное смещение У,2 тройной точки за время между двумя световыми импульсами: АУ,4 У.г-У, .

4.По фоторазвертке (фиг. 2) измерялись расстояния Y и Е (в направлении временной координаты) от опорной фазы процесса (от точки 15) до точек 13 и 14. По этим расстоя330894

ПИЯМ определялось время t,,, между кратковременными световыми импульсами: t,. ,, /VP , где VP - скорость фоторазвертки.

5 По F, и Е определялось временное запаздывание t, и tj, этих световых импульсов относительно момента отражения ударной волны от торца трубы, т.е. относительно опорной фа- 10 зы процесса (точки 15): t,F,/Vp, t,F,/Vp.

5. Рассчитывалось значение динамического параметра процесса - средней скорости V тройной точки 9 в заданный момент времени t

2 У„

после начала процесса отражения волi Гт лХз М Ур

ны по формуле V (р ig ) Определенная таким образом скорость тройной точки 9 через мкс после отражения ударной волны от торца трубы составляет величину V. 500 м/с. (М и MO - масштабы оптических картин и

развертки соответственно).

Формула изобретения

Способ определения скорости изме- нения нестационарной газовой неоднородности, заключающийся в регистрации оптических картин исследуемого поля в различные моменты времени по методу Кранца-Шардина посредством последовательной серии световых импульсов, измерении по оптическим картинам смещений газовой неоднородности по исследуемому полю, определении временных интервалов между световыми импульсами и опорной фазой процесса и вычислении но смещениям и временным интервалам скорости изменения неоднородности, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности определения скорости, дополнительно регистрируют фоторазвертку газовой неоднородности совместно со световыми импульсами и по ней определяют временные интервалы между световыми импульсами и опорной фазой процесса, причем скорость изменения газовой неоднородности вычисляют по формуле

V - Mp()

где лУ : - величина смещения газовой неоднородности на оптических картинах за время

между 1-м и j-M световыми импульсами; М - масштаб оптических картин;

Е: - расстояния на фоторазвертке от опорной фазы процесса до точек, соответствующих 1-му .и j-му световым импульсам;

масштаб фоторазвертки;

скорость фоторазвертки;

скорость изменения неоднородности в момент вре- .()Mp

мени t

2 V,

Изобретение относится к экспериментальным методам исследования нестационарных и быстропротекающих процессов в прозрачных неоднороднос- тях с помощью оптический устройств. Целью изобретения является увеличение точности определения скорости. Через оптические окна ударной трубы с помощью последовательных во времени кратковременных световых импульсов регистрируют оптические теневые картины по методу Кранца-Шардина. Одновременно регистрируют фоторазвертку осевого сечения наблюдаемого поля совместно со световыми импульсами. По оптическим картинам измеряют смещения газовой неоднородности, а по фоторазвертке определяют временные интервалы между световыми импульсами и опорной фазой процесса, по которым вычисляют скорость изменения нестационарной газовой неоднородности (приведена расчетная формула). 4 ил. t (Л с о со 00 о эо ;О

5 -

а

i

22

43

44

Редактор С. Лыжова

Составитель С. Лукишова

Техред О.Гортвай Корректор М. Максимишинец

Заказ 2765/47 Тираж 501Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4