Исследование потоков, характеризующихся малыми градиентами плотности, страница 4

где F(T)=2Tτ+2τ²(e^-T/τ-1). Из (2) следует, что даже для T=10²τ, K>0.1, что является вполне приемлемой величиной. Для газовых лазеров характерные значения τ₁~10^-3 с. Современные камеры обеспечивают времена T~10^-6 c, а камеры с микроканальными электронно-оптическими преобразователями света до T~10^-9 с. Это позволяет использовать отдельные источники света для формирования предметной и опорной волн.

Оптическая схема приведена на рис. 8. Плоскопараллельный пучок, сформированный от He‑Ne лазера и являющийся предметной волной, проходит через исследуемую неоднородность 1, собирающую линзы 2 и подается на регистрирующее устройство, включающее в себя светоделительный кубик 3, второй лазерный источник света 4 с объективом 5 для формирования опорной волны, и телекамеру 6. Интерферограммы сохраняются на компьютере 7. На рис. 9-11 приведены примеры использования методики.

4. Регистрация полей скорости

Важным параметром газовых потоков является скорость. Для ее регистрации используются различные методы, основанные на LDA и PIV технологиях. Однако, как и любой класс методов, они имеют присущие им ограничения. В частности, PIV методы основаны на измерении пути пройденного частицей за известный промежуток времени. Регистрируется одно или несколько изображений потока, с дальнейшей специальной обработкой для определения сдвига частиц между кадрами (например, нахождение максимумов кросскорреляционной функции). Обработка производится по ансамблю частиц, занимающему определённую область изображения (спот). Важным условием является одинаковый сдвиг всех частиц в ансамбле. Однако в реальных экспериментах это не всегда соблюдается. Кроме того, в ряде случаев широкий диапазон скоростей приводит к трудностям, связанным с большим (либо малым) сдвигом трассеров.

В ИТПМ проводятся работы по реализации метода регистрации полей скорости, на базе обратной дифференциальной схемы ЛДИС. При этом регистрируются изображения потока содержащего трассирующие частицы. Применение интерферометра, подобному звездному интерферометру Майкельсона, приводит к модуляции изображений частиц (спеклов) интерференционными полосами. Метод основан на регистрации сдвига полос пропорционального скорости, который может превышать смещение самих частиц в десятки раз. Это позволяет измерять малые смещения частиц, не регистрируемые на изображениях как таковые (рис 12).

В процессе эксперимента доступна регулировка динамического диапазона изменением временного интервала между кадрами. Возможно определение скорости для каждой частицы, что увеличивает потенциальное пространственное разрешение и позволяет проводить измерения для потоков частиц с дисперсией по скоростям, что затруднительно с использованием стандартных PIV и LDA технологий. Т. к. шаг интерференционных полос, определяемый настройкой интерферометра, известен и постоянен по всему полю изображения, измерение сводится к нахождению сдвига фазы для конкретной простанственной частоты на изображениях отдельных частиц, что существенно уменьшает временные затраты на обработку. Выполнение простых математических операций с изображениями позволяет получить визуализацию полей скорости в виде полос равных компонент скорости. На рис. 13 приведен результат обработки для фрагмента вращающегося диска диаметром 80 мм.

5. Регистрация полей тепловых потоков и температуры

Выше были приведены примеры оптических методов реализация которых требует использования современных материалов и оборудования. Так в теневых приборах, требуется наличие материалов для изготовления АВТ и лазерного источника света генерирующего в спектральном диапазоне, обеспечивающим его затемнение (нами использовался твердотельный лазер с диодной накачкой, λ=0.53 мкм). Реализации рассмотренных интерференционных методов практически невозможна без использования соответствующих (в том числе и импульсных) лазеров, высокочувствительных телекамер с временами экспозиции ~1 мкс и ниже, а также современного компьютерного оборудования и программного обеспечения. Однако иногда возникают новые эффективные методы реализация которых была возможно задолго до их появления.