Способ измерения скорости характеристик потоков жидкостей и газа

Патент 651249

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетсеа

Соцналистических

Республик

<»651249 (6l) Дополнительное к авт. свил-вувЂ” (22) Заявлено 03.05.76(2)) 2355575/18-10 с присоединением заявки № (23) ПриоритетОпубликоваио05.03.79Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 08.03.79 (5!) М. Кл.

С3 0l Р 3/36

& 01 P 5/02

Гееударствеккый кевапет

СССР аа делан лзвбрвтенхк я аткрытнм (53) УДК 532.574 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. M. Трохан и М. И. Кузнецов (71) Заявитель (54) СПОСОЕ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТНЫХ ХЛРЛКТЕРИСТИК

ПОТОКОВ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗА

Изобретение относится к области экспериментальной гидро-газодинамики и может быть использовано при исследованиях скоростных характеристик турбулентных потоков жидкостей и газа бесконтактными способами.

Известен оптический доплеровский способ измерения скоростных характеристик потоков жидкостей и газа, основанный на спектральном анализе движения оптических неоднородностей P) .

Известен также оптический способ измерения скоростных характеристик, при котором в исследуемую область потока вводят светорассеивающие частицы, зондируют ее световым пучком и измеряют время пролета определенного расстояния (базы измерения) светорассеивающими частицами (21 .

Недостатком известных способов является невозможность илн невысокая точность измерения вращательных характеристик течения, связанных с градиентом скорости и ротором потока.

1!елью изобретения является получение точного измерения компонент угловой скорости вращения частиц жидкости или газа оптическим способом.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют проекцию угловой скорости вращения частиц, параллельную вектору зондирующего излучения, по угловой скорости вращения спектра в области дифракции фраунгофера относительно оси, параллельной вектору зондирующего излучения, а ортогональные проекции угловой скорости вращения частиц определяют в той же области дифракции по изменению расстояния между дифракционными максимумами по взаимно перпенщикулярным осам.

В качестве светорассеивающих объектов можно применить несферические градиенты плотности жидкости или газа, вводимые извне частицы, или частицы, являющиеся составной частью исслецуемой жидкости, например, лейкоциты в крови. Спектр от цилинцрическ651249 кой частицы представляет собой в фокальной плоскости линзы прерывистую

ЛИНИЮ.

На фиг. 1 приведены примеры спект

pos час Ги другой. геометрической Qp 3 мы. Для измерения проекций ротора, ортогональных лучу зондирующего излучения, необходимо вводить частицы с дифракционными порядками, имеющие разный период по осям, например, 10 в виде трехосного эллипсоида, тетраэдра и т. д. Частицы можно изготовить и в форме шара, но материал в этом случае выбирают аниэотропный. Светорассеивающими объектами могут быть также градиенты плотности, получаемые, например, в воде, нагретой проволочкой или инфракрасным лазером.

Измерение угловой скорости вращения частицы в потоке предлагаемым способом основано на преобразовании Фурье, которое осуществляет собирающая линза.

Если перед линзой находится анализируемый объект, то в фокальной плоскости зв линзой наблюдается спектр,, 25 амплитудное распределение которого не изменяется при перемещении анализируемого объекта параллельно самому себе. При вращении же светорассеиввю.щего объекта вокруг оптической оси вращаетса как целое и его спектр. Измерить угловую скорость можно с помощью вращающегося или неподвижного фильтра, представляющего собой негативное изображение спектра, мультиплицированное через угол (комбинацию щелей). Угол выбирают иэ требований необходимого пространственного осреднения вращательного движения. Причем после оптического фильтра располага ют фотоприемник, который регистрирует импульсы светового потока, прошедщего через фильтр. При этом угловая скорость равна известному угловому расстоянию между щелями, деленному на время между импульсами фототока.

Для расчета компонент градиента скорости необходимо регистрировать абсолютное значение углов, при которых скорость измерена, и по известным уравнениям рассчитать значение градиента.

На фиг. 2 изображена схема устройства для измерения угловой скорости вращения вытянуто-сплюснутых частиц в «потоке жидкости или газа.

Устройство содержит лазер 1, объектив 2, диссектор 3, регистрирующее устройство 4, исследуемый поток 5.

Устройство работает следующим образом, Луч лазере 1 проходит через иссле дуемый поток 5. Рассеянное на частицах излучение собирается объективом 2 и фокусируется на диссектор 3, расположенный в Фурье-плоскости линзы, электрический сигнал с которого подают на устройство 4. Спиральная развертка диссекторв считывает распределение интенсивности в спектре частиц. Частота развертки должна превышать, как минимум, вдвое чаатоту вращения чвстипы. При обработке записи на ЗИМ определяют угловую скорость вращения частицы по угловой скорости вращения спектра вокруг. оптической оси прибора и рассчитывают по извест ным формулам градиент скорости и ротор потока.

На фиг. 3 приведено другое устройство реализации предложенного способа.

Устройство содержит источник света 1; коллиматорную систему 6 устройство для создания цилиндрических градиентов плотности жидкости в виде проволочки 7, натянутой перпендикулярно вектору среднейскорости потока в гидроканале, на которую разряжается заряд конденсатора; объектив 2; амплитудную решетку 8; расположенный в Фурьеплоскости объектива 2 фотоприемник

9; регистрирующее устройство 4, исследуемую модель 5.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток источника 1 проходит коллиматор, далее в исследуемом потоке рассеивается на неоднородностях плотности и проектируется объективом 2 нв амплитудную решетку 8, изготовленную с двумя или более шел » ми. Спектр цилиндрической метки вращается вокруг оси зондирукнцего пучка и последовательно пересекает щели развертки. По времени между импульсами фототока, снимаемыми с фотоприемника 9, измеряют угловую скорость вращения метки.

Формула изобретения

Способ измерения скоростных характеристик потоков жидкостей и газа, 651249 ЛЛ Е/ПС Р/Л7

/7пд ллеллыЫ и тдяф

Puz 1 Риг 2

Составитель Н. Рангелова

Редактор О. Филиппова Техред С. Мигай Корректор А. Кравченко

Заказ 795/40 Тираж 1089 .,Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 заключающийся во введении в поток светорассеивающих объектов несферической формы, например, в виде паралл, лепипедов, с отношением сторон (1:10:100), зондировании потока световым пучком и регистрации рассеянного излучения, отличающийся тем, что, с пелью повышения точности измерения угловой скорости вращения частип жидкости или газа, проекпию угловой скорости вращения, параллельную вектору зондирующего излучения, определяют по угловой скорости вращения спектра рассеивания в области дифракции Фраунгофера, а ортогональные проекции угловой скорости определяют в той же области дифракцин по измерению расстояния между дифракпионными максимумами по взаимно перпендикулярным осям.

Источники информааин, принятЪ е во внимание при экспертизе

1. Рннкевичюс Б. С., Янина Г. М.

Доплеровский метод измерения скорости вращения частип в двухфазном потокевЂ”

Известия вузов. Физика, 1974, N 5, 119-121.

2. Трохан А. М. и др. Фотоэлектрический метод измерения турбулентности высокотемпературных потокав - Физика горения и взрыва, 1966, М 1, 112-116.