Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее эремя методы лазерной доплеровской анемометрии (ДА) находят чрезвычайно широкое распространение /1,2/. Принцип работы лазерного доп-леровского измерителя скорости (ДЩ1С) основан на выделении доплеровского сдвига частоты света, рассеянного частицами движущегося потока при облучении его лазером. По способу измерения величины этого сдвига ЛДИС можно разделить на два класса: гетеродинирозание и оптический спектральный анализ. По мере развития лазерной техники к совершенствования схеы ЛДИС, диапазон скоростей потоков, где применяются оба способа ввделе-ния частоты, существенно расширяется. Так, например, использование одночастотнкх стабичизировакных газовых лазеров в схемах оптического спектрального анализа позволяет не только повысить точность измерения скорости, но и расширить диапазон измеряемых скоростей в область ыелнх значения. При репении большинства задач газовой динамики необходима информация о поле скоростей потока. В случае нестационарных потоков требуется создание многоканальных ДДИС с параллельна принципом обработки информации, высоким быстродействием, большим числом элементов пространственного разложения и большим диапазоном измеряемых скоростей. Наиболее перспективным в зтом плане представляется путь, лредлокенный в работе /3/, где описывается способ визуализации поля скоростей с помощью оптического частотного дискриминатора. Известна конкретная реализация этого метода /4/, в которой визуализируется поле скоростей стационарного потока, содержащего калиброванные рассеиватели. Создание аналогичных схем ЛДИС по исследованию нестационарных потоков осложняется целым рядом трудностей. Поэтому задача развития метода визуализации поля скоростей в приложении к исследованию нестационарных потоков является актуальной и представляет предмет диссертационной работы.
Основная цель работы заключается в развитии методов визуализации поля скоростей нестационарных двухфазных высокоскоро огных потоков.
2.
Новыми результатами, выносимыми на защиту, являются сле
дующие положения: і ,
І. Б схемах визуализации поля скоростей предложено использовать в качестве абсорбционного частотного дискриминатора (АЧД) ячейку с линейно поглощающей средой молекулярного иода-127 в сочетании с перестраиваемым одночастотнга аргоновим лазером, генерирующим на линия 514,5 нм. Б качестве дискриминационной характеристики предложено использовать квазилинейный участок низкочастотного (НЧ) силона совпадающих линий поглощения Р(13), Е(15) 43-0 среды J/'7 .
Z. Предложены схзмк построения лазерных устройств для исследования псля скоростей двухфазных потоков, основанные на использовании АЧД в сочетании с соответствующий одночас-тотным перестраиваемым лазером.
-
Для проведения необходимых исследований линейно поглощающей среды 3{" и измерения-характеристик АЧД разработана -и создана экспериментальная установка, главный элементом которой является построенный автором одночастоткьгй, перестраиваемый по контуру усиления, линии 514,5 нм, стабилизированный по частоте к интенсивности аргоновий лааер.
-
На основании проведенных экспершентальних исследований к расчота частотных зазискмостей коэффициента поглощения линий Р(13), Е(15) 43-0 среды 0І показана возможность создания практически реализуемого" АЧД. Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными позволило уточнить физическую модель формирования дискриминационной характеристики АЧД. Предложена методика определения оптимальных параметров абсорбционного частотного дискриминатора. Его практическая реализуемость подтверждена макетными испытаниями в реальных условиях газодинамического эксперимента.
Практическая ценность работы состоит в том, что па основании проведенных исследований показана возможность создания светосильного АЧД с рабочим диапазоном частот 300-650 МГц и точностью определения доплеровского сдвига 3-6 КГц. Предложена методика определения его оптимальных параметров. Разработанные и созданные узлы &кспер«мактальной установки, такие
3.
как сдночастоткый стабилизированный перестраиваемый по контуру усиления аргоновый, лазэр, многоэлементные матричные фото-приемники, термостзбилизированная йодная ячейка, могут служить основой для создания ЛДЙС по исследованию поля скоростей нестационарных двухфазных высокоскоростных потоков. Проведенные макетные испытания в реальных условиях газодинамического (ГД) эксперимента дали положительный результат.
Апробация -работы и публикации. Результаты работы докладывались на I Всесоюзном семинаре "Оптические методы исследования потоков" (Новосибирск, 1989), на I Всесоюзной конференции "Оптические методы исследования потоков" (Новосибирск, 1991), на ХУ Всесоюзном семинаре.по газовым струям (Ленинград, 1990) и опубликованы ~ шести печатных работах, список которых приведен в конце автореферата. На лазерное устройство по исследованию пол? скоростей двухфазных потоков получено авторское свидетельство.
Структура и объем диссертации. Диссертация состогт из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 68 наименование. Объем диссертации 122 машинописных стр., включая 38 рисунков и 2 таблицы.