Способ определения характеристик модельных стратифицированных потоков жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике и предназначено для исследования стратифицированных потоков жидкости.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Согласно способу предварительно перед началом экспериментов между слоями различной солености стратифицированной жидкости растворяют фотохромные вещества различной концентрации, а затем моделируют исследуемый стратифицированный поток. Затем поток облучают фотоиндуцирующим световым импульсом, при этом облучение проводят одновременно во всем поперечном сечении потока жидкости, что приводит к тому, что в поперечном сечении втех местах, где находится большое количество фотохромно- го вещества (ФХВ), на черно-белой фотографии или кинопленке будут более темные оттенки (цветовые метки). Поэтому, создав в слоях жидкости концентрацию ФХВ, пропорциональную концентрации солености, можно по изменению затемненности какой-то части потока, перемещению цветовых меток, их деформации и изменению оттенка в них судить

0концентрации соли в потоке, так как рас- твореные в потоке молекулы соли одинаково переносятся потоком, как и молекулы ФХВ. Таким образом, сняв процесс движения цветовых меток на скоростную кинокамеру, можно определить о каждый момент распределение концентрации соли в потоке. При si ом о отличие от оптических методов распределение концентрации соли определяют по предлагаемому способу для любых изменений температур (как локальных, так и в целом для потока). Ориентация фотоиндуцирующего светового потока вдоль оси оптической системы регистрирующей аппаратуры необходима для того, что- бы все поперечное сечение (ипи исследуемая часть поперечного сечения) потока облучалось равномерно. Если фото- индуцирующий световой поток входит пер- пендикулярно или под углом к оси оптической системы регистрации, то ФХВ, находящееся ближе к источнику светового потока поглощает больше энергии и, следовательно, окраска цветовых меток, находящихся ближе к источнику света, более интенсивная по сравнению с более удаленными от источника света, что не позволяет определить распределение солености в по1токе жидкости. Одновременное измерение цветовых меток и общей плотности потока жидкости с помощью оптических методов позволяет определить изменение плотности, обусловленное изменением температуры в той или иной части потока, по зависимости Аробщ - Арконц. Отсюда следует, что возможно определение распределения температуры.

Таким образом, одновременное измерение изменений общей локальной плотности и изменений плотности за счет изменения солености позволяет определить изменения плотности за счет изменения температуры и определить бесконтактным путем распределение температуры в потоке. По изменению плотности за счет изменений солености можно определить изменение концентрации и,

следовательно, мгновенное локальное распределение концентрации (солености).

На чертеже изображена схематически установка для осуществления предлагаемого способа,

Способ осуществляют следующим образом.

В кювету заливают несколько слоев с разной концентрацией соли, в которых растворены ФХВ, причем в слое с большей концент рацией соли растворено большее количество ФХВ или наоборот. Жидкость нагревают, в результате чего жидкость приходит в движение. Сбоку перпендикулярно боковой поверхности кюветы воздействуют

параллельным импульсным пучком света, вызывающим фотохимическую реакцию и образующим цветовые метки, изменение и перемещение которых фиксируется с помощью скоростной кинокамеры, установленной с другой стороны кюветы, таким образом, чтобы оптическая система кинокамеры была направлена вдоль оси фотоинду- циругащего потока света. Одновременно через кювету пропускают непрерывный поток света и по изменению освещенности прошедшего света (если используются теневые методы) или по изменению интерферо- грамр.1 (если используется метод голографической интерферометрии) определяют общее изменение распределения плотности потока. По интенсивности цветовых меток определяют изменение локальной плотности за счет изменения концентрации (солености). Предварительно

были получены эталонные фотографии цветовых меток с разной концентрацией ФХВ. Так как концентрацию ФХВ в слоях устанавливали в зависимости оттого, сколько ФХВ вводят в раствор соли прямо или обратно

5 пропорционально ее концентрации, то, сравнивая разные участки потока с эталонными фотографиями, можно определить концентрацию ФХВ, по которой определяют и концентрацию соли. Так как известна

концентрация соли в предыдущий момент, то изменение локальной плотности, обусловленное изменением концентрации соли, определяется формулой А/ЭКОКЦ -pi-ръ Р1,2 А ( 1 +vЈ Ci,2), где рг ,/oi - плотности потока с концентрациями C2,Ci соответственно в предыдущей и последующий моменты времени; /оь - плотность жидкости без добавления соли Определяю общее изменение плотности,вычитают и ч него изменение плотности за счет изменения концентрации соли и получают распределение приращения плотности за счет температуры, по которой определяют распределение температуры.

Пример 1. В кювету 1 заливают три слоя с различной концентрациен соли и ФХВ, в качестве которого используют спи- ропиран, из расчета, чтобы концентрация составляла по слоям сверху вниз 15 г/л, 8 моль/л; 30 г/л, моль/л; 60 г/л, 2х хЮ моль/л (первая цифра показь вает концентрацию соли, вторая - концентрацию спиропирина). К торцовым стенкам прикреплены нагревающие пластину, созда о- щие градиент температуры, равный 0,3 град/см. С боковой стороны кювету облучают монохроматическим ультрафиолетовым импульсным потоком света, при этом все поперечное сечение кюветы облучают одновременно и в потоке образуются полупрозрачные области, затемненные цветовыми метками, перемещение и изменение интенсивности которых фиксируют с помощью кинокамеры, установленной на одной оси с системой регистрации.

Создают также световой поток подсветки лампой 1, который проходит через тепловой фильтр 2, полупрозрачную пластину 3 и освещает кювету 4. С другой стороны кюветы 4 ведут через полупрозрачную пластину 5 киносъемку кинокамерой 6. Одновременно часть светового потока (основной световой поток), отраженного от полупрозрачной пластины 5, проходит через систему из глубоких зеркал 7-9 линз 10 и 11 и полупрозрачной пластины 12 и попадает на экран 13, на который также попадает опорный световой поток, который не проходит через кювету 4. Основной и опорный потоки создаются лазером 14, системой из полупрозрачной пластины 15, линз 17 и 18 и глухого зеркала 16. На экране 13 образуются интерференционные картины, по которым определяют изменение плотности в потоке, цветовые метки в кювете создаются фотоиндуцирую- щим лазером 20, луч от которого проходит через полупрозрачную пластину 19 и линзы 17 и 18. На экране 13 на фоне областей с

разной степенью затемненности отчетливо видны интерференционные полосы, по изгибу которых опредепяют изменение (общей) плотности потока жидкости.

5Таким образом, измерив интерференционным методом распределение изменения плотности в потоке, а с помощью цветовых меток изменение плотности за счет изг гонения концентрации, определяют

10 измену кие плотности за счет теплового расширения, а следовательно, и мгновенное распределение поля температур и концентрации соли в потоке.

15 П р и м е р 2. Способ осуществляют аналогично при еру 1, за исключением того, что измензнгз (общей) плотности жидкости производят теневым методом, основанным на фотоэлектрической регист0 рации угл отклонения узкого лазерного сканирую-це.о луча зонд фующего кювету А Дчя устранения влияния наличия полупрозрачных меток, что приводит к неравномерности s прозрачности кюветы в

5 разных ее точках, в электрическую схему фогоприемн-ика введена обратная связь с автоматической оегулировкой усиления.

По данному примеру реализации способа определяю, одновременно распределе0 ние концентрации соли и температуры в потоке в разное моменты времени.

Таким образом, способ позволяет одновременно бесконтактным способом опреде- лить мгновенные распределения

5 концентрации если и температур в потоках жидкости При этом возмущения, накладываемые на поток,минимальные,что повышает достоверность полученных результатов. Формула изобретения

0 Способ определения характеристик модельных стратифицированных потоков жидкости, заключающийся в предварительном растворении фстохромного вещества различной концент рации между слоями различ5 ной солености стратифицированной жидкости, моделировании исследуемого стратифицированного потока, облучении его фотоиндуцирующими световыми импульсами и проведении фоторегистрации

0 полученных в потоке цветовых меток, по которым судят о скоростных характеристиках модельных стратифицированных потоков жидкости, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз5 можностей, облучение фотоиндуцирующими световыми импульсами проводят во всем сечении исследуемого потока и одновременно с фоторегистрацией цветовых меток проводят оптическим методом фоторегистрацию локальных изменений плотности

жидкости, причем о локальных измененияхизменений температуры и о соответствуюсолености и соответствующих этим измене-щем этим изменениям поле температур суниям локальных изменениях плотности жид-дят по измеренным оптическим методом

кости судят по изменению контр.астностилокальным изменениям плотности и опреизображений цветовых меток, а о локальных5 деленным ранее изменениям плотности за

изменениях плотности за счет локальныхсчет изменений солености.

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике и может быть использовано для исследования характеристик стратифицированных потоков жидкости. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. В кювете 4 между различными слоями стратифицированной жидкости растворяют слои фотохромовой жидкости различной концентрации. Моделируют стратифицированный поток, который облучают фотоинду- цирующими импульсами от лазера 20. С помощью линз 17,18 и поворотных пластин лазерным импульсом облучают сразу все исследуемое сечение потока. Появившись в потоке под действием лазерного излучения, цветовые метки освещаются лампой через тепловой фильтр 2 и регистрируются кинокамерой б через полупрозрачные пластины 3, 5. По смещению и деформации цветовых меток определяют поле скоростей исследуемого стратифицированного потока жидкости. Для одновременного определения солености измеряют также контрастность цветовых меток, по которой судят о локальных изменениях плотности за счет изменений солености и о самой солености. Для одновременного определения поля температуре помощью лазера 14 облучают исследуемое сечение потока в кювете 4 и оптическим способом (теневым, интерференционным или голографическим) определяют локальные изменения плотности за счет изменений температуры и солености. Затем вычитают из полученных значений найденные ранее значения изменений плотности за счет изменений солености и по полученной разности судят о локальных изменениях плотности за счет локальных изменений температуры и о поле температур. 1 ил. (Л С Оч ю I