Способ измерения поля скоростей газового потока

Способ измерения поля скоростей газового потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 |

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

П9) (П) 3(5П С 01 Р 3/36

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABT0PCHGMV СВИДЕТГПЬСТВУ (21) 3390882/18-10 (22) 01.02.82 (46) 07.07.83. Бюл. Р 25 (72) В.E. Мошаров и М.Н. Осин (53) 532.574(088.8)

f56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 567141 кл. G 01 P 3/36, 1976.

2. HiEEer И.J., Schmidt-O N.D.

NisnaEiration of Pow deusity gasjets by Easer induced fEuorescekiсе.

68-ICIASF 77-Record (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ

СКОРОСТЕИ 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 судятся . поле скоростей газового потока.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что изменение интенсивности возбуждающего излучения проводят путем его пространственной модуляции °

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, в качестве примеси используют йодистый натрий, а длину волны возбуждающего электромагнитйого излучения выбираютф меньшей 240 нм.

1027619 где

40 1

c V

У (Мс(3 ) —. где Я, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скоростных характеристик газовых потоков одно*временно в большой исследуе(лой области. 5

Известен способ измерения поля скоростей состсящий в том, что движущийся объект освещают когерентным светом, а рассеянный свет последовательно фильтрук>т низкочастотным фильт-(0 ром пространственных частот, дискриминируют оптическим частотным дискриминатором и регистрируют (1 ).

Недостатком известногс способа является малый угол наблюдения (отсю-15 да низкая интенсивность полезного сигнала или малое поле визуализации).

Кроме того, pcэультаты измерений зависят от плотности газа и интенсивности зснлируl(r(åãо излучения.

Известен способ„ состоящий во введении в поток примеси, освещении потока возбуждающим электромагнитным излучением и рег(лстрации рассеянного излучения, }3 качестве. примеси используют флуоресцирующее вещество (молекулы йода), а о скорости потока судят по сносу флуоресценции j 2 1.

Однако способ характеризуется низ— кой точностью, обусловленной малым временем жизни возбужденных молекул ЗО или атомов . Использование молекул с большим временем жизни возбужденного состояния приводит к уменьшению рассеянного света за счет возрастания роли процессов тушения и ухудшения З5 пространственного разрешения. Кроме того, способ обладает малой информативностью, он позволяет определять скорость лишь вдоль линии распространения возбуждающего излучения.

Причем результаты измерений зависят от параметров возбуждающего излучения, в частности от длины волны и монохроматичности, так как для возбуждения флуоресценции необходимо настроить возбуждающее излучение на линию поглощения примеси, Цель изобретения — увеличение точности и повышения информативности за счет устранения указанных недостатков .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения поля скоростей газового потока путем введения в поток примеси, освещения потока возбуждающим электромагнитным излучением и регистрации рассеянного излучения, при котором изменяют интенсивность возбуждающего излучения и проводят селекцию областей газового потока с одинаковым распределе- 60 кием интенсивности рассеянного излучения, по величине которой судят о пале скоростей газового потока,, При этом изменение интенсивности возбуждающего излучения проводят путем его пространственной модуляции.

В качестве примеси используют йодистый натрий, а длину волны возбуждающего электромагнитного излучения выбирают меньшей 240 нм.

Под действием возбу>кдающего излучения происходит фотодиссоциация вещества примеси с образованием продуктов реакции в возбужденном состоянии, l

Например, если в качестве примеси используется йодистый натрий (NaI), происходит реакция

М(>(3 + Ь» — — N(>I (-3, б

Энергия кванта воэбу>кдающего излучения Ъ > должна быть больше суммы энергии диссоциации Nal и возбуждения атомов натрия (()а) " 1 Ед(лс+,Евозб

Для NaI длина волны возбуждающего и=-лучения получается меньше 240 нм.

Затем возбужденная атомами спонтанно высвечивается

N — NN+Ь(>/) >

Д

I I или тушатся при столкновении с друг>(ìè молекулами газа

Я1

N ++M. — 1 — к)1+М

1 1

М ° -О, И Н О, Плотность излучения единицы объема газа в единичном телесном угле составляет интенсивность зондирующего излучения; вероятность излучательного перехода; сечение фотодиссоциации; скорость газа (V=aM; с1- 1 т ); плотность газа; температура газа.; мольная доля примеси фотодиссоциирующего вещества; толщина возбуждающего излучения вдоль направления скорости

)> )Т= 8,. („.17., сечение тушения возбужденных продуктов фотодиссоциации молекулами сорта М;; относительная тепловая скорость Na)(и М„ j - дополнительное слагаемое, о определяемое молекулярной диффузией, Если интенсивность возбуждающего излучения удовлетворяет условию (т>с1>(3 )) — — <2)

1027619

Дс< ерш, (3) Составитель Ю. Власов

Редактор С. Юско Техред С.Мигунова Корректор А. Повх

Заказ 4730/48 Тираж 873 Подписное

ВНИЛПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 для широкого класса течений, таких, что получаем j = КМ (4)

То есть интенсивность регистрируемого рассеянного излучения прямопропорциональна числу Маха газового потока, Так как до начала измерения поля скорости неизвестна максимальная скорость потока, невозможно сразу установить требуемую мощность возбуждающего излучения или (при заданной мощности излучения) размеры поля измерения скорости. Для гарантии выполнения условия (2) необходимо заре- t5 гистрировать поля рассеянного света одновременно при различных интенсивностях возбуждающего излучения, сравнить полученные поля и по неразли= чающимся полям интенсивности судить о распределении скорости. Эти операции могут быть осуществлены путем пространственной периодической модуляции интенсивности возбуждающего излучения, Соотношение (4) будет выполняться в области течения где QT

cóòñòâóåò периодическая структура.

Способ может быть реализован в аэродинамической трубе с омическим подогревателем (при использовании в качестве примеси NaI) .

На чертеже изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа измерения поля скорос-. тей (чисел М) газового потока.

Устройство аостоит из сосуда 1 с кристаллами NaI, помещенного в форкамеру трубы (не обозначена), источника 2 возбуждающего излучения, фокусирующей оптики 3, пространственного модулятора 4 интенсивности, 40 фотоаппарата 5 со светофильтром б.

В качестве источника возбуждающего излучения используется лазер, энергия квантов которого превышает сумму энергии диссоциации выбранной примеси и энергии возбуждения одного иэ продуктов диссоциации примеси (например, если в качестве примеси используется иодистый натрий NaI то длину волны возбуждающего излучения следует выбирать меньшей 240 нм).

Возбуждающее излучение фокусируют в плоскость, периодически модулируют по интенсивности в пространстве и

HBIIpBBJIHfoT в интересующую область течения. Рассеянное излучение отделяют от возбуждающего с помощью фильтра и регистрируют посредством фотоаппарата на пленку- Затем путем микрофотометрирования негативов сравнивают интенсивности рассеянного излучения, соответствующие различным возрастающим интенсивностям возбуждающего излучения. Если при этом интенсивности рассеянного излучения не отличаются, то они пропорциональны локальной проекции числа М потока на перпендикуляр к плоскости возбуждающего излучения.

Способ позволяет получить информацию о скорости в сечении потока, лок аль ность определяетс я 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 (1Ъ), чем, например, по сносу флуоресценции, где точность определяется малостью времени жизни возбужденных молекул и составляет 103.