Устройство для определения характеристик турбулентности трехмерного потока жидкости Советский патент 1980 года по МПК G01P5/20 G01P3/36 

(Б ) УСТРОЙСТВО -ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБУЛЕНТНОСТИ ТРЕХМЕРНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения.скоростных характеристик турбулентности трехмерного потока j жидкости оптическими средствами.

Известно устройство для определения скоростных характеристик турбулентности, основанное на голографическом способе визуализации движения светорас- Q сеивающих частиц, содержащее источник когерентного света, модулятор, оптическую систему и фоторегистратор 1.

Недостатком известного устройства является его сложность, связанная г с необходимостью применения когерентных источников света со специальной оптической сиртемой.

Известно устройство для определения характеристик турбулентности 20 взвесенесущего потока жидкости или газа, содержащее блок формирования плоского светового луча со стробоскопическим источником света, подключенным к источнику питания, и каме- 25 ру, оптическая ось которой перпендикулярна плоскости светового луча 2. Особенностью устройства является специальный плоский световой луч, выполненный в виде набора от- Q

дельных лучей различного цвета, расположенных друг за другом. Полученный цветовой сендвич позволяет определить третью координату движения отдельных частиц потока (если частицы точно следуют за течением) по изменению их цвета. В этом случае фотографирование движения частиц ведут на цветную пленку.

Недостаток устройства - невысокая точность определения третьей координаты движения частиц, а это значит и вектора мгновенной скорости потока, поскольку отдельные плоские цветные лучи не могут быть созданы достаточно тонкими по технологическим причинам.

Цель изобретения - повышение точности определения вектора мгновенной скорости в трехмерном потоке жидкости или газа.

Поставленная цельдостигается тем, что в устройство введены механизм перемещения светового луча вдоль оптической оси кинокамеры, датчик положения луча, соединенный с механизмом перемещения, и блок управления, соединенный с механизмом перемещения, источником питания и кинокамерой. Причем механизм перемещения выполнен в виде вращающегося диска с прозрачной спиралью Архимеда,установле.нного перед источником света, и неподвижной щелевой диафрагмы,, установленной за диском. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг, 2 пример конкретного выполнения механиз ма перемещения светового ножа. Устройство содержит блок создания в исследуемой области потока плоского светового луча, выполненного, например, в виде софита 1 со стробоскопическим источником 2 света, источ ник 3 питания, соединенный с источни ком 2 света, механизм перемещения софита 1 вдоль оси 4, датчик 5 положения светового луча, соединенный с механизмом перемещения софита, кинокамеру 6 с электрическим управлением установленную перпендикулярно плоскости светового луча, блок 7 управле ния работой механизма перемещения, источника питания и кинокамеры. Механизм перемещения светового лу ча может быть реализован в виде вращающегося диска 8, установленного перед источником 2 света, ксЗторый в этом случае выбирается точечным. При чем диск S содержит прорезь, выполне ную по спирали Архимеда 9, за которо установлена щелевая диафрагма 10. Устройство для измерения скоростных характеристик турбулентности тре мерных потоков работает следующим образом. ,. С помощью блока 7 включают источник 3 питания стробоскопического источника 2 света, кинокамеру 6 и меха низм перемещения светового луча о , 5, В , г . Частота следования кадров в кинокамере б и частота вспышек лампы в софите 1 выбирается из условия, чтобы на каждый кадр приходилось не менее 10-20 вспышек лампы известной длительности, что позволяет на каждо кинокадре зафиксировать треки движения частиц в направлениях X и Y для различных сечений Z, по которым по известной длительности вспышки определяют пульсационные скорости U и V среднюю скорость U и другие характеристики турбулентности в различных сечениях потока, перпендикулярных оптической оси кинокамеры. Координата во всей исследуемой области определяется для каждого кадра датчиком 5 положения. Путем статической обработки треков частиц на различных кинокадрах получают информацию об интересующих характеристиках турбулентности, в том числе и о.векторе мгновенной скорости поток Причем, информацию о третьей коорди нате пульсационной скорости получаю при сравнении величины и.положения треков на различных кадрах, т.е. дл азличных сечений при максимальной ространственно-временной корреляции. Для случаев сравнительно небольих исследуемых объемов движупихся идкостей .или газов, имеющих преиущественно .вертикальное направление вижения, например для случаев свободных турбулентных конвективных потоков, эффективно использовать механизм перемещения светового луча, выполненного согласно второму пункту предлагаемого изобретения. В этом случае вращением диска с помощью электродвигателя (на фиг. 2 не показан) получают последовательное перемещение светового луча а, б , Ь f Г в направлении оси Z. Координата положения светового ножа связана с угловым положением диска 8, которое нетрудно определить, снабдив диск 8 дополнительными кодовыми метками и расположив напротив их оптронную пару, выход которой соединен с датчиком 5 положения (фиг. 1), В остальном работа устройства аналогична описанному выше общему случаю. Частота следования кадров в кинокамере, частота вспышек лампы и скорость перемещения светового ножа выбираются исходя из величины средней скорости потока и величины пульсационной скорости вдоль оси. Реализация предлагаемого устройства позволяет повысить точность определения скоростных характеристик трехмерного потока по сравнению с известными устройствами, в особенности в случае значительных поперечных размеров исследуемой области (размер по координате Z). Формула изобретения {Устройство для определения характеристик турбулентности трехмерного потока жидкости, содержащее блок формирования плоского светового луча со стробоскопическим источником света, подключенным к источнику питания, и кинокамеру, оптическая ось которой перпендикулярна плоскости светового луча, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения вектора мгновенной скорости, в устройство введены механизм перемещения светового луча вдоль оптической оси кинокамеры, датчик положения луча, соединенный с механизмом перемещения, и блок управления, соединенный с механизмом перемещения, источником питания и кинокамерой. 2. Устройство ПОП.1, ОТЛИяающееся тем, что механизм перемещения плоского светового луча выполнен в виде вращающегося диска с прозрачной спиралью Архимеда, ус ановленного перед источником сне