Способ определения поля скоростей потока жидкости Советский патент 1989 года по МПК G01P5/18 

1 . .

Изобретение относится к экспери- , ментальной гидродинамике и предназначено для измерения поля скоростей в потоках фотохромной жидкости.

Цель изобретения - снижение погрешностей.

На чертеже представлена экспериментальная кривая, отображающая зависимость длины получаемой в потоке цветовой метки от концентрации спиропи рана в жидкорти.

Измерения скорости потоков фотохромной жидкости, в которой растворены нндолиновые спиропираны имеют,

о:

СД

г

рации растворенных фотохромных вещест а длина метки увеличивается. При этом длина метки не увеличивается, если энергия лазерного луча превьпиает 0,12 Дж.

Способ осуществляют следующим образом.

В воде разбавляют индолиновый спи- ропиран с добавлением поверхностно- активных веществ, воздействуют на поток импульсным лазерным излучением

особенности, заключающиеся в том, что контрастность и яркость цветовой метки уменьшаются с уменьшением конценте энергией 0,12 Дж, а концентрацию епиропирана выбирают по формуле

1 1

10

15

20

25

30

где С - концентрация спиропирана, %;

0 -31,4 см- ; : fb -0,086 см- ;

1 - ширина исследуемого потока,

меньше 9,5 см.

Создают гидродинамический поток воздействуют на поток лазерными им Iпульсами с длиной волны 347 им, вы- Iзывающими фотохимическую реакцию и формирующими цветовые метки. Перемещение меток регистрируется с помощью кинофотоаппаратуры. По перемещению меток Г определяют профили скорости в поперечном сечении потока.

Пример 1. В воде растворяют индолиновый спиропиран СПП-11 в присутствии поверхностно-активных ве- I ществ, создают поток и воздействуют на него лазерным импульсом с энерги- S ей 0,12 Дж, исследуют iio.:yie скоростей в потоке, а концентрацию спиропира- i на выбирают разной. Результаты изме- рений сведены в таблицу 1. Как ввдно из табл. 1, длина окрашенной метки уменьшается с ростом концентрации спиропирана, так как число молекул, поглощаюшях лазерное излучение в единице объема, растет. Длина получаемой цветовой метки, а значит и ширина исследуемого потока,

не превьппают 9,5 см.

П р и м е р 2. Осуществляют аналогично примеру 1, только выбирают различную энергию лазерных импульсов при различных концентрадаях спиропи- ранов. Результаты измерений представ лены в табл. 2-5.

Как видно из табл. 2-5 энерги э им- пульса следует выбирать равной 0.12 Дж. Большая энергия не увеличивает длину метки, а лишь нагревает локально поток, что снижает точность измерения.

Уменьшение энергии лазерного излу- чения приводит к снижению величины длины метки. Для опредешения зависимости длины окрашенной метки 1 от концентрами фотохромного вещества- С строят зависимость ведичины 1/1 от С, где ,с- максималь- ные значения длины метки 1, пол гчен- ные при энергии Е 0,12 Дж, личной концентрации с (С - ь-ту ,

1465772

12-10-4; 18-10- ; 24-10-). Искомая зависимость имеет вид прямой, -составляющей некоторый угол с осью С и отсекающей на оси I/IMO.I- : отрезок р . Соответственно, можно записать

1- с(С + (Ь ,

5

где

- танТенс угла наклона прямой к оси С.

Отсюда следует, что концентрацию фотохромного вещества С, определя емую как отношение веса фотохромног вещества к весу растворителя, выра женную в процентах, необходимо подбирать по формуле (1).

Пример 3. Осуществляют такж как и пример 1, только энергию лазе ного импульса 0,12 Дж получают путе аддитивного сложения 6 импульсов с энергией 0,02 Дж и интервалом между импульсами . При этом длина ме ки остается такой же, как и при одном импульсе с энергией 0,12 Дж. Из мерения проводят на растворед кон центрацией спиропирана 28-10- . Результаты измерений сведены в табл. Как видно из табл. 6, длительнос интервала между импульсами не должн превышать .

Таким образом, правильно выбран энергия лазерного импульса и конце рация спиропирана позволяют получи контрастные метки по всей длине пр 35 Филя скорости, который необходимо мерить. При этом искажения поля те чения минимальны.

Формула изобретени Способ определения поля скорост потока жидкости, заключающийся в предварительном растворении в ней долиновых спиропиранов и воздейств на поток излучением лазерного импу са с длиной волны 347 нм при посл дующей регистрации перемещения по ченной цветовой метки, отлич ющийся тем, что,, с целью сн жения погрешностей, энергию лазер импульса задают равной 0,12 Дж, а концентрацию спиропиранов задают соотношения

Р 1- - dl

где С - концентрация спиропирана, 55 / т /, л.« -1

d -31,4 см- ; /ь -0,086 см ; 1 - ширина исследуемого поток

меньше 9,5 см.

0

5

0

25

30

- -

где

- танТенс угла наклона прямой к оси С.

Отсюда следует, что концентрацию фотохромного вещества С, определя емую как отношение веса фотохромного вещества к весу растворителя, выра женную в процентах, необходимо подбирать по формуле (1).

Пример 3. Осуществляют также, как и пример 1, только энергию лазерного импульса 0,12 Дж получают путем аддитивного сложения 6 импульсов с энергией 0,02 Дж и интервалом между импульсами . При этом длина метки остается такой же, как и при од ном импульсе с энергией 0,12 Дж. Из мерения проводят на растворед кон центрацией спиропирана 28-10- . Результаты измерений сведены в табл. 6. Как видно из табл. 6, длительность интервала между импульсами не должна превышать .

Таким образом, правильно выбранные энергия лазерного импульса и концентрация спиропирана позволяют получить контрастные метки по всей длине про- 35 Филя скорости, который необходимо из мерить. При этом искажения поля течения минимальны.

Формула изобретения Способ определения поля скоростей потока жидкости, заключающийся в предварительном растворении в ней ин долиновых спиропиранов и воздействии на поток излучением лазерного импульса с длиной волны 347 нм при последующей регистрации перемещения полученной цветовой метки, отличающийся тем, что,, с целью снижения погрешностей, энергию лазерного, импульса задают равной 0,12 Дж, а концентрацию спиропиранов задают из соотношения

Р 1- - dl

где С - концентрация спиропирана, 55 / т /, л.« -1

d -31,4 см- ; /ь -0,086 см ; 1 - ширина исследуемого потока,

меньше 9,5 см.

5 1А657726

при этом лазерный импульс с энергией гией, меньшей 0,06 Дж, при интервале 0,12 Дж формируют из последователь- . между импульсами, не превьшающем ности Многопичковых импульсов с энер- .

Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики и может быть использовано для определения полей скоростей фотохромных жидкостей. Целью изобретения является снижение погрешностей. Измерение лазерного импульса с длиной волны (Л С347 нм и энергией 0,12 дм направляют ортогонально направлению потока жидкости, в которой предварительно растворяют индолиновые спиропираны в концентрации, задаваемой из соотношения С I/btl - /ь/«, где С - концентрация спиропирана в процентах; 0 31,4 см- , р 0,086 см ; 1 - ширина исследуемого потока, меньшая 9,5 см. В потоке образуется цветовая метка, которую регистрируют фотокамерой. По результатам фоторегистрации метки определяют профиль скорости. Лазерный импульс с энергией 0,12 Дж можно получить путем сложения энергий многопичковых импульсов с энергией, меньшей 0,06 Дж, при длительности между импульсами . Приведенные энергетические, временные и концентрационные режимы позволяют провести исследование поля скоростей фотохромной жидкости с минимальными гидродинамическими искажениями. 1 ил.

Качество Плот- ХорошееХоро- Хоро- ХорошееНеболь- снимков ность контр.шее шее контр,шое

почер- изобр.контр, контр, изобр.увели})ения изобр. изобр.чение

меткитолщимала„иы мет ки

9,8 9,5 . 9,2 8,0 5,6 5,5

.------- ----

Таблица 2

Энергия

Е, ДЖ

Длина

метки,

см

0,02 0,04 0,08 0,1 0,105 0,11 0,115 0,12 0,16

А 6,6 8,1 8,6 8,75 8,95 8,98 9,0 9,0

Таблица 3 (С 12-10-4)

Энергия

Е, ДЖ 0,02 0,04 0,08 0,1 0,105 0,11 0,114 0,12 0,16

Длина метки см

3,6 6,3 7,4 7,7 7,8 7,84 7,88 8,0 8,0

----------- - ----п--------

Таблица 4 (С 18-10-)

Энергия

Е/дж 0,02 0,04 0,08 0,1 0,105 0,11 0,115 0,12 0,16

.--.----------- - : -- -«.«.-- -.----------

Длина

метки,

см 3,25 5,4 6,44 $,7 6,9 6,98 7,05 7,1 7,1

Т а б л и ц а 5 (С 24 Ю- )

Энергия,

Е, ДЖ 0,02 0,04 0,08 0,1 0,1П5 0,11 0,115 0,12 0,16

Длина

метки,, „

см 2,4 4,31 5,25 5.6 5,85 6,03 6,15 6,2 6,2

5,6 см 5,6 см 5,6 см 5,6 см

5,6 см 5,6 см 4,8 см 4,1 см

Интервал меяэду импульсами

10- с 10- с 10- с 10- с

4- ,сн

in

накс

-

(

Таблица 6

-

Г4