Способ определения характеристик модельных стратифицированных потоков жидкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 6 01 Р 5/О ИЕ ИЗО ики АН СССРечко и Е.В.Гу ССС 985. И- ООСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт проблем мех(54) СПОСОБ ОПРЕД СТИК МОДЕЛЬНЫ ВАННЫХ ПОТОКОВ (57) Изобретение от тальной гидродинам пользовано дл характеристик страт ков жидкости. Целью расширение функц стей, В кювете 4 ме стратифициро ванной слои фотохромовой концентрации. Моде ванный поток, катар цирующими импуль помощью линз 17, 18 лазерным импульсом ЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕР Х СТРАТИФИЦИР ЖИДКОСТИносится к эксперименике и может быть ися исследования ифицированных пото- изобретения является иоиальных возможножду различными слоямижидкости растворяют жидкости различной лируют стратифицироый облучают фотоиндусами от лазера 20. С и поворотных пластин облучают сразу все ис 1620941 А следуемое сечение потока. Появившись в потоке под действием лазерного излучения, цветовые метки освещаются лампой через тепловой фильтр 2 и регистрируются кинокамерой 6 через полупрозрачные пластины 3, 5. По смещению и деформации цветовых меток определяют поле скоростей исследуемого стратифицированного потока жидкости. Для одновременного определения солености измеряют также контрастность цветовых меток, по которой судят о локальных изменениях плотности эа счет изменений солености и о самой солености, Для одновременного определения поля температур с помощью лазера 14 облучают исследуемое сечение потока в кювете 4 и оптическим способом (теневым, интерференционным или голографическим) определяют локальные изменения плотности за счет изменений температуры и солености. Затем вычитают иэ полученных значений найденные ранее значения изменений плотности за счет изменений солености и по пслученной разности судят о локальных изменениях плотности за счет локальных изменений температуры и о поле температур. 1 ил.Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике и предназначено для исследования стратифицированных потоков жидкости,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.Согласно способу предварительно перед началом экспериментов между слоями различной солености стратифицированной жидкости растворяют фотохромные вещества различной концентрации, а затем моделируют исследуемый стрэтифицированный поток. Затем поток облучают фотоиндуцирующим световым импульсом, при этом облучение проводят одновременно во всем поперечном сечении г отака жидкости, что приводит к тому, что в поперечном сечении втех местах, где находится большое количество фотохромного вещества (ФХВ), на черно-белой фотографии или кинопленке будут более темные оттенки (цветовые метки). Поэтому, создав в слоях жидкости концентрацию ФХВ, пропорциональную концентрации солености, можно по изменению затемненности какой-то части потока, перемещению цветовых меток, их деформации и изменению оттенка в них судить о концентрации соли в потоке, так как раствореные в потоке молекулы соли одинаково переносятся готоком, кэк и молекулы ФХВ. Таким образом, сняв процесс движения цветовых меток на скоростную кинокамеру, можно определить в каждый момент распределение концентрации соли в потокеПри агом в отличие от оптических методов распределение концентрации соли определяют по предлагаемому способу для любых изменений температур (как локальных, тэк и в целом для потока). Ориентация фотоиндуцирующего светового потока вдоль оси оптической системы регистриру. ющей аппаратуры необходима для того, чтобы все поперечное сечение (или исследуемая часть поперечного сечения) потока облучалось равномерно, Если фотоиндуцирующий световой поток входит перпендикулярно или под углом к оси оптической системы регистрации, то ФХВ, находящееся ближе к источнику светового потока поглощает больше энергии и, следовательно, окраска цветовых меток, находящихся ближе к источнику света, более интенсивная по сравнению с более удаленными от источника света, что не позволяет определить распределение солености в потоке жидкости. Одновременное измерение цветовых меток и общей плотности потока жидкости с помощью оптических методов позволяет определить изменение плотности, обусловленное изменением температуры в той или иной части потока, по зависимости Ьрт = Лробщ Л,Оконц, Отсюда следует, что возможно оп ределениераспределения температуры.5 Таким образом, одновременное измерение изменений общей локальной плотности и изменений плотности за счетизменения солености позволяет определить изменения плотности за счет измене 10 ния температуры и определитьбесконтактным путем распределение температуры в потоке. По изменению глотности за счет изменений солености можноопределить изменение концентрации и,15 следовательно, мгновенное локальное распределение концентрации (сопености).На чертеже изображена схематическиустановка для осуществления предлагаемого способа,20 Способ осуществляют следующим об.разом.В кювету заливают несколько слоев сразной концентрацией соли, в которых растворены ФХВ, причем в слое с большей кон 25 центрацией соли растворено большееколичество ФХВ или наоборот, Жидкостьнагревают, в результате чего жидкость приходит в движение. Сбоку перпендикулярнобоковой поверхности кюветы воздействуют30 параллельным импульсным пучком света,вызывающим фотохимическую реакцию иобразующим цветовые метки, изменение иперемещение которых фиксируется с помощьо скоростной кинокамеры, установ 35 ленной с другой стороны кюветы, такимобразом, чтобы оптическая система кинокамеры была направлена вдоль оси фотоиндуцирующего потока света. Одновременночерез кювету пропускают непрерывный по 40 ток света и по изменению освещенностипрошедшего света (если используются теневые методы) или по изменению интерферограмм (если используется методголографической интерферометрии) опре 45 деляют общее изменение распределенияплотности потока. По интенсивности цветовых меток определяют изменение локальной плотности за счет измененияконцентрации (солености). Предварительно50 были получены эталонные фотографии цветовых меток с разной концентрацией ФХВ,Так как концентрацию ФХВ в слоях устанавливали в зависимости от того. сколько ФХВвводят в раствор соли прямо или обратно55 пропорционально ее концентрации, то,сравнивая разные участки потока с эталонными фотографиями, можно определитьконцентрацию ФХВ, по которой определяют и концентрацию соли, Так какизвестна15 20 25 30 35 40 45 50 55 концентрация соли в предыдущий момент, то изменение локальной плотности, обусловленное изменением концентрации соли, ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ фаРМУЛай ЛРцац - Р 2 - Р 1; Р 1,2 - Ро (1. + Й С 1,2), где Р 2 Р плот насти потока с концентрациями С 2,С 1 саат ветственно в предыдущий и последующий моменты времени; рь - плотность жидкости без добавления соли Определяю- общее изменение плотности, вычитают из него изменение плотности за счет изменения концентрации соли и получают распределе ние приращения плотности за счет температуры, по которой определяют распределение температуры.П р и м е р 1. В кювету 1 заливают три слоя с различной концентрацией соли и ФХВ, в качестве которого используют спи рапиран, из расчета, чтобы концентрация составляла па слоям сверху вниз 15 г/и, 8 10 моль/л;30 г/л,10 моль/л;60 г/л,2 х х 10 моль/л (первая цифра показь:вает концентрацию соли, вторая - концентрацию спиропирина), К торцовым стенкам прикреплены нагревающие пластины, созда ощие градиент температуры, равный 0,3 град/см. С боковой стороны кювету облучают монохроматическим ультрафиолетовым импульсным потоком света, при этом все поперечное сечение кюветы аблучают одновременно и в потоке образуются полупрозрачные области, затемненные цветовыми метками, перемещение и изменение интенсивности которых фиксируют с помощью кинокамеры, установленной на одной оси с системой регистрации,Создают также световой поток подсветки лампой 1, который проходит через тепловой фильтр 2, полупрозрачную пластину 3 и освещает кювету 4. С другой стороны кюветы 4 ведут через полупрозрачную пластину 5 киносъемку кинокамерой 6. Одновременно часть светового потока (основной световой поток), отраженного от полупрозрачной пластины 5, проходит через систему из глубоких зеркал 7 - 9 линз 10 и 11 и полупрозрачной пластины 12 и попадает на экран 13, на который также попадает опорный световой поток, который не проходит через к авету 4, Основной и апарныЙ потоки создаются лазером 14, системой из полупрозрачной пластины 15, линз 17 и 18 и глухого зеркала 16. На экране 13 образуются интерферен ционные картины, по которым определяют изменение плотности в потоке, цветовые метки в кювете создаются фотоиндуцирующим лазером 20, луч от которого проходит через полупрозрачную пластину 19 и линзы 17 и 18. На экране 13 на фане областей с разной степенью эатемненности отчетливо видны интерференционные полосы, по изгибу которых определяют изменение (общей) плотности патока жидкости.Таким образом, измерив интерференционным методом распределение изменения плоности в потоке, а с помощью цветовых меток изменение плотности за счет изменения концентрации, определяют изменение плотности за счет теплового расширечия, э следовательно, и мгновенное распределение паля температур и концентрации соли е поакП р и и е р 2. Способ осуществляют аналогично при.еру 1, эа исключением того, что изменение(общей) плотности жидкости производят теневым методом, основанным нз фотозлектаической регистрации угла сгкланения узкого лазерного сканирую;цего пуча, зонд:1 рующего кювету 4 Для "странения влияния наличия полупрозра них цветаево меток, что приводит к неравномерности а прозрачности кюветы в разных ее точках, а электрическую схему фотоприемника введена обратная связь с автоматической регулировкой усиления.По данному примеру реализации способа определяют одновременно распределение концентрации соли и температуры в потоке в разные моменты времени,Таким образом, способ позволяет одновременно бесконтактным способом определить мгновенные распределенияконцентрации соли и температур в потокахжидкости, При этом возмущения, накладываемые на поток, минимальные,что повышает достоверность гапученных.результатов.Формула изобретения Способ определения характеристик модельных стратифициаованных потоков жидкости, заключающийся в предварительном растворении фотохромного вещества разпичнои концентрации между слоями различной солености стратифицированнойжидкости, моделировании исследуемого стратифицированного потока, облученииего фотоиндуцирующими световыми импульсами и проведении фоторегистрации полученных в потоке цветовых меток, по которым судят о скоростных характеристиках модельных стратифицированных потоков жидкости, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расшиоения функциональных возмажностей, облучение фотоиндуцирующими световыми имгульсами проводят во всемсечении исследуемого потока и одновременно с фоторегистрацией цветовых метокпроводят оптическим методом фоторегистрацию локальных изменений плотности1620941 Составитель Ю.ВласовТехред М.Моргентал Корректор М.Самборская Редактор А.Огар Заказ 4243 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 жидкости, причем о локальных изменениях солености и соответствующих этим изменениям локальных изменениях плотности жидкости судят по изменению контрастности изображений цветовых меток, а о локальных изменениях плотности эа счет локальных изменений температуры и о соответствующем этим изменениям поле температур судят по измеренным оптическим методом локальным изменениям плотности и опре деленным ранее изменениям плотности засчет изменений солености,