Установка для изучения гидродинамических течений методом голографической интерферометрии

)5 6 01 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К ГОЛО ГР ИНТ РИИ(57) Изобретение относится тальной гидродинамике газ позволяет изучать гидродин стенные и струйные течения нцх потоков методом гол интерферометрии, Установк гидродинамических пристен течений методом голографич рометрии в реальном врем лазера с набором линз и зе мы, аэродинамического раб нагревателем и средствами контроля температуры, рабо рубашкой циркуляции тепло АФИЧЕСКОЙ регулирования и контроля температуры не Я показаны) голограммы 18 (фотопластинц);экрана 20, на который проектируется изображение; фотокамеры 21, Обтекаемая га- ф зом преграда 11 образует рабочий объем Д аэродинамического участка, который распо- (ф лагается в области фотослоя фотолластинки ( р 18, Лазер 1, светоделительная пластина 5, канал формирования опорного пучка (через линзу 3), канал формирования предметного пучка (от зеркала 7 и линз 8, 9) оптически связаны между собой, Аэродинамический рабочий участок 10 размещен в канале формирования предметного пучка. Преграда 13 а установлена параллельно оптической оси к вцходной плоскости патрубка раздачи газа и на расстоянии от нее, образуя рабочий объем аэродинамического участка. На пересечении осей каналов предметного и опорного пучков находится регистрирующая среда - голограмма 18. За регистрируРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(71) Научно-производственный центр приНиколаевском кораблестроительном институте(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ МЕТОДОМ Изобретение может быть использованопри создании тепломассообменнцх и сепарирующих устройств,Целью изобретения является увеличение чувствительнссти исследования гидродинамических пристенных и струйных,течений низкоскоростных потоков.На чертеже показан общий видустанов- ки Установка состоит из лазера 1 (оптического квантового генератора), системы линз 3, 8, 9, 19, зеркал 2, 4, 6, 7, светоделительной пластины 5, аэродинамического рабочего участка 10. включающего обтекаемую преграду 11 (в случае канала и стенки 12) с рубашками псдачи охлаждаемого до температурц окружающей среды теплоносителя (подвод и отвод теплоносителя указан стрелками); патрубка раздачи газа 14 с охлаждаемой рубашкой 15; подогревателя газа 16, нагнетателя 17 (на схеме средства ЕРФЕРОМЕТ- к эксперименвцх потоков и мические при- ниэкоскоростографической для изучения цх и струйных еской интерфени состоит из кал, голограмчего участка с регулировки и чего участка с осителя, 1 ил, 1783292ющей средой установлен блок регистрации интерферограммы, состоящий из линзы 19, экрана 20 и фотокамеры 21, Синхронизатор пуска электродвигателя кинокамеры соединен с патрубком раздачи газа, 5Исследование газовых потоков методом голографической интерферометрии основано на изучении распределения .плотности газа р, которая определяет его показатель преломления и и связана с ним 10 соотношениемсп Мрт -ЯТ 2где Т и р - абсолютная температура К. и давление, Па; 15М и Я - молекулярная масса газа, кг/моль, и универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);К - постоянная Гладстона-Дейла, зависящая от свойств газа.20В газовых потоках при числах Прандтля, близких к единице (Рг = 1), наблюдается аналогия между гидродинамическими и тепловыми процессами, В этом случае по характеристикам тейлового слоя можно 25 судить о гидродииамическом. Температурное поле в слое при р = сопз 1 однозначно характеризует распределение плотности газа в нем, что позволяет применять уравнение (1).для изучения голографической 30 иитерферометрии;Установка функционирует следующим образом; луч, генерируемый оптическим квантовым генератором 1 (гелий-иеоновый лазер ЛГ), при помощи зеркал 2 и 6 на правляется на светоделительную пластинку 5 с коэффициентом отражения 0,5, Проходящий через пластинку луч отражается от зеркала 4 и через короткофокусную линзу 3 формирует опорный пучок. Отраженный от 40 пластинки луч при помощи зеркала 7 и системы линз 8 и 9 создает предметный пучок, который проходит через исследуемую область 10. В этой области установлен рабочий объем 10 аэродинамического участка. 45 Предметный пучок пересекается с опорным в плоскости фотослоя 18, Результирующее изображение при помощи восстанавливаю. щей линзы 19 проецируется на экран 20. Для регистрации изображения использова на скоростная кинокамера 21 при убранном экране или фотоаппарат.Для получения результирующей интер-. ферограммы применяется метод реального времени, который делится на два этапа, Сначала снимается опорная голограмма беэ рабочего объема 10. Фотопластинка обрабатывается "на месте", а затем отбеливается. На втором этапе в исследуемую область вводится рабочий объем 10 и голографическое изображение проецируется на экран.Рабочий аэродинамический участок состоит из патрубка раздачи газа 14, снабженного охлаждаемой рубашкой 15, плоской преграды-пластины 11, охлаждаемой с помощью трубчатой спирали 13, паро- или электронагревателя 16 и нагнетателя воздуха 17, Пластина 11 располагается перпендикулярно раздатчику 14 и закрепляется на координатнике, Горизонтальное расположение пластины, охлаждение ее и раздатчи- . ка исключает вертикальные конвективные потоки воздуха, Раздатчик 14 и иагнетатель 17 установлены на координатнике и соединены гибким шлангом, Мощность нагревателя 16 и расход воздуха через нагнетатель 17 регулируются при помощи автотрансформаторов, Расход воздуха измеряется по перепаду давлений на входном коллекторе по показаниям микромаиометра. Во время работы охлаждающая вода с температурой 15-20 поступает в трубчатую спираль 13 и рубашку 15, что обеспечивает практически одинаковую температуру стенок раздатчика и поверхности пластины, Температура окружающего установку воздуха поддерживается при помощи кондиционера около 20 С, Пластину 11 обтекает струя горячего воздуха с температурой 80 - 100 С, поступающая из раздатчика 14, Измерения температур производятся хромель-копелевыми термопарами. На поверхности пластины образуется тепловой пограничный слой с различной плотностью по толщине; кроме того, плотность воздуха может меняться вследствие повышения давления, Все элементы оптической схемы закрепляют в держателях, позволяющих поворачивать их в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и устанавливают на виброзащищенной плите, где также размещен рабочий объем. Скоростная кинокамера позволяет фиксировать развитие осиовиых областей обтекания препятствия во времени при различных скоростях истечения и расстояниях от раздатчика до пластины. Динамика процесса изучается просмотром кинопленки на кинопроекторе, а также по кинограммам.Применение подогревателя газа со средствами регулировки и контроля температуры и снабжение патрубка раздачи газа и обтекаемой преграды соответственно наружной и внутренней рубашкой для циркуляции теплоносителя со средствами контроля температуры позволяет использовать аналогию между гидродинамическим и тепловым пристенным слоями для газов, которце характеризуются числами Прандтля,1783292 Формула изобретенияУстановка для изучения гидродинамических течений методом голографической интерферометрии в реальном времени, состоящая из оптически связанных лазера,Составитель С,РыжковТехред М,Моргентал Корректор Н,Ревск Редактор Г.бельская Заказ 4505 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 близкими к 1, т.е, по характеристикам теплового слоя можно однозначно судить о пристенном и струйном слоях и течениях. Наличие градиента температуры в пристенном слое изменяет показатель преломления газа, что позволяет использовать в этом случае метод голографической интерферометрии. Изменение полос фиксируется на фотослое голограммы,Применение кинокамеры и фотоаппарата и соединение синхронизатора пуска электродвигателя кинокамеры с патрубком раздачи газа позволяет документализировать процесс. Кроме того; используя синхронный пуск, можно осуществить документализацию динамики процесса обтекания - от начального момента до установившегося режима.Установка позволяет изучать гидродинамические пристенные и струйные течения при любых скоростях газа - от 0,1 до 200 м/с и более; осуществлять документализацию процесса при помощи кинограмм интерфе.рограмм,светоделительной пластины, канала формирования опорного пучка, канала формирования предметного .пучка, в котором установлен исследуемый аэродинамиче 5 ский рабочий участок, и регистрирующейсреды, размещенной на пересечении осей каналов формирования предметного и опорного пучков, причем за регистрирующей средой установлен блок регистрации 10 интерферограммы,отличающаяся тем,что, .с целью увеличения чувствительности исследования гидродинамических пристенных и струйных течений низкоскоростных потоков, в установку введен нагреватель га за со средствами регулировки и контролятемпературы, установленный в аэродинамическом рабочем участке, патрубок раздачи газа и преграда, снабженные охлаждаемой рубашкой с патрубками под вода и отвода теплоносителя, при этом преграда установлена параллельно оптической оси к выходной плоскости патрубка раздачи газа и на расстоянии от нее, образуя рабочий объем аэродинамического участка, блок 25 регистрации интерферограммы содержитустановленные последовательно эа регистрирующей средой линзу, экран и фотокамеру и синхронизатор пуска электродвигателя кинокамеры, соединенный с патрубком раз дачи газа.