Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ

А.Е. Давыдов

Чебоксары 2000 - 2007


1. ПРЯМОТЕНЕВОЙ МЕТОД

Прямотеневой метод позволяет приближенно определить вторую производную показателя преломления. Поэтому он нашел широкое применение при изучении явлений, связанных с резким изменением показателя преломления n, таких как ударные волны, зоны горения предварительно перемешанной горючей смеси, контроля оптических стекол.

I. Схема теневого метода

Один из наиболее простых вариантов установки для теневого метода приведен на рис. 1.1.

Здесь L - точечный источник света, Э - экран. Между ними помещается исследуемая неоднородность S. Свет от источника L при прохождении через шлиру отклоняется.

Пусть световой луч LA испытывает при прохождении через оптическую неоднородность отклонение на угол e (рис. 1.1). Вследствие этого он попадает не в точку А`, а в точку А``, которая удалена от А` на расстояние Dа=g×tge. Но так как угол e мал (а только такие случаи и имеет смысл исследовать теневым методом), то tge@e, и поэтому

Dа=e×g, (1.1)

где g - расстояние от оптической неоднородности до экрана.

Смещение точки падения луча на экране вызывает изменение освещенности, которое и указывает на наличие неоднородности на пути лучей. Относительное изменение освещенности экрана, то есть чувствительность теневого метода, пропорциональна отношению Dа/d`, где Dа - смещение точки падения луча на экране, d` - размер теневого изображения неоднородности.

Выясним, как зависит это отношение от параметров теневой установки. Из рис. 1.1 имеем:

или (1.2)

где d - размер неоднородности.

Поэтому

. (1.3)

Отношение e/d зависит только от характера и размера неоднородности, и поэтому мы его можем считать заданной величиной.

Обозначим в (1.3) g/h через x. Тогда

. (1.4)

Функция f(x)=x(1-x) имеет максимум при x=0.5, то есть чувствительность максимальна при g/h=0.5 или при g=h/2.

Следовательно, для увеличения чувствительности теневого метода необходимо:

а) увеличить расстояние h от источника света до экрана насколько позволяет помещение;

б) помещать оптическую неоднородность приблизительно в середине между источником света и экраном Э.

Однако качество теневой картины на экране определяется не только указанным отношением Da/d`, но и другими факторами, например, не резкостью, вызванной дифракцией света на краю неоднородности, не резкостью, обусловленной конечными размерами источника света и необходимостью установки больших габаритов.

Исходя из вышеизложенного следует, что исследование фазовых объектов прямотеневым методом крайне затруднительно, поэтому для исследования оптических неоднородностей в данной работе используется обращенный теневой метод.

II. Обращенный теневой метод

Рассмотрим его оптическую схему, приведенную на рис. 1.2.

В качестве источников света в обращенном теневом методе обычно используются источники света с высокой яркостью. Эти источники можно использовать непосредственно сразу или для получения большой резкости теневой картины получить вначале с помощью конденсора промежуточное изображение на точечной диафрагме.


Свет от источника S проходит через конденсорную линзу О, диафрагму D и между линзами K1 и K2 образуется параллельный пучок. Неоднородность можно помещать в сходящемся, расходящемся и в параллельных пучках. Чувствительность метода может быть выражена формулой

 (1.5)

Из формулы (1.5) следует, что чувствительность, то есть отношение Da/d` теоретически может расти до бесконечности, если сделать сколь угодно малой величину теневого изображения оптической неоднородности на экране при постоянном значении Da. Если сохранить g постоянным и увеличивать отношение h/q, то чувствительность возрастает от 0 для h=g до значения eg/d при h®¥. h®¥ означает, что оптическая неоднородность просвечивается параллельным пучком света. Поэтому изображение ее равно размерам самой неоднородности. Если же оптическую неоднородность просвечивать сходящимся пучком света, оставляя постоянным g, то изображение шлиры будет меньше самой неоднородности. Так как при этом Da остается постоянным, то чувствительность существенно увеличивается. Но для получения сходящегося пучка лучей необходимо оптическое оборудование, так что основное преимущество теневого метода теряется.

В заключении отметим основные преимущества и недостатки теневого метода.

Основным преимуществом теневого метода является чрезвычайная простота установки, которая не требует почти никакого оптического оборудования, и возможность исследования объектов, имеющих значительные размеры.

Недостатком теневого метода является невозможность проведения точных количественных исследований структуры оптической неоднородности.



Информация о работе «Оптические методы исследования процессов горения»
Раздел: Физика
Количество знаков с пробелами: 91435
Количество таблиц: 1
Количество изображений: 22

Похожие работы

Скачать
36441
0
7

... датчика и осциллографа. Экспериментальные кривые зависимости времени τ горения частиц от давления p, соответствуют теоретической зависимости. Представляют интерес экспериментальные исследования процесса горения отдельной угольной частицы, движущейся в потоке газа. Такого рода опыты проводили Н. И. Сыромятников и 3.И.Леонтьева. После воспламенения частицы наблюдалось замедление скорости ее ...

Скачать
104614
4
26

... пластмасс различного назначения. Приводимый ниже материал предназначен для студентов химического отделения, специализирующихся по органической химии и химии и физике высокомолекулярных соединений, а также может быть полезен аспирантам, инженерам и научным работникам. 2.1 Метод изучения релаксации напряжения Явление релаксации - это процесс перехода из неравновесного в равновесное состояние ...

Скачать
74295
0
17

... к решению соответствующего интегрального уравнения, при этом могут быть использованы численные методы - аналитические зависимости в этом случае получить не удается. Еще сложнее описать процессы испарения и конденсации частиц, в среде, состоящей из нескольких летучих компонентов [23]. Предполагалось, что процесс стационарный, испаряющиеся компоненты химически инертны, пары представляют собой ...

Скачать
27718
0
9

... для анализа и проверки существующих теорий о процессах, протекающих в пламени, а также для развития и построения новых теорий. Таким образом, целью настоящей работы является изучение существующих методик диагностики пламен и их применения для исследования различных характеристик пламен. Феноменология пламени.   Процесс горения веществ – эта сложная быстропротекающая экзотермическая реакция ...

0 комментариев


Наверх