ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Измерения направления потока и величины вектора скорости из "Пространственные пристенные турбулентные течения в угловых конфигурациях" Нельзя не отметить все возрастающую роль оптических, в частности лазерных доплеровских, методов в решении как фундаментальных, так и прикладных задач, связанных с экспериментальными исследованиями в одно- и многофазных средах, изучением структурных и теплофизических свойств различных газожидкостных потоков. Об интересе к этим методам можно судить по регулярно проводящимся тематическим конференциям и симпозиумам как у нас в стране, так и за рубежом (см., например, [10]). Важнейшим достоинством оптических методов диагностики является бесконтактный характер измерений, не требующий внесения в поток соответствующих чувствительных элементов (датчиков), способствующих искажению исследуемого процесса. Широкий спектр диагностических проблем предопределяет многообразие используемых в практике эксперимента оптических методов, основной набор которых систематизирован на рис. 1.1, заимствованном из [11 . Не останавливаясь на деталях этой блок-схемы, отмстим лишь, что она, не претендуя на всеобъемлющий характер, по существу отражает приоритеты и интересы автора отмеченной статьи. В то же время приведенная схема дает наглядное представление о всей гамме различных оптических методов диагностики газообразных и жидкостных сред. [c.24] Не имея возможности хоть в какой-то степени охарактеризовать сущность этих методов, отметим кратко некоторые из них, которые становятся особенно популярными в практике эксперимента. [c.24] Наибольшее распространение в настоящее время получили оптические измерители скорости, основанные на методах лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА). Хотя совершенствование лазерных анемометров еще не завершено, успехи в этом направлении очевидны (12—15]. Современные ЛДА позволяют с приемлемой точностью измерять скорости потока порядка нескольких сантиметров в секунду [16]. В последнее время с их помощью стало возможным выполнять измерения турбулентности на расстояниях от стенки у , меньших 10, т.е. делать то, что в модельных экспериментах проблематично даже для термоанемометра. Возможность широкого использования современных оптических методов и средств применительно к различным задачам гидро- и аэродинамического эксперимента, в том числе для пространственных турбулентных пограничных слоев, продемонстрирована в [17, 18]. Обширный библиографический материал по лазерным беззондовым методам измерений, а также оптическим методам визуализации различных процессов в гидро- и аэромеханике приведен в справочном пособии [19] и ряде других изданий. [c.26] Процедура использования простейшего скосомера из двух трубок предполагает измерение угла отклонения потока относительно некоторого произвольно выбранного направления. Скосомеры подобной конструкции, не имеющие возможности поворота вокруг своей оси, по существу ограничены использованием в двумерных течениях. Дополнительная трубка с прямым срезом позволяет определить величину вектора скорости, но принципиально больше ничего не меняет. [c.27] Для определения направления вектора скорости потока, как правило, используют два приема. В соответствии с первым из них с помощью произвольно установленного в потоке пневмонасадка регистрируется фактический перепад давления между приемными отверстиями и на основе использования калибровочной зависимости определяется скос потока в исследуемой точке пространства в плоскости расположения приемных отверстий. Второй прием предусматривает поворот насадка в плоскости скоса потока до тех пор, пока не будет достигнут нулевой перепад давления. Этот угол на лимбе координатного устройства будет соответствовать ориентации насадка в направлении вектора скорости потока. [c.27] Такой прием используется в практике измерений наиболее часто [45—50]. В первом случае нет необходимости в поворотном устройстве, но возникает потребность выполнения сложной калибровки насадка по скорости и в пространстве. Основной недостаток такого подхода состоит в том, что, поскольку насадок не ориентируется в направлении вектора скорости, возникают дополнительные аэродинамические возмущения при его обтекании, а следовательно, возрастает погрешность измерений. Тем не менее в некоторых случаях подобный прием является единственно возможным и тогда, когда скосы потока незначительны, он вполне приемлем и оправдан. [c.28] В [69] предложен простой метод определения полного вектора скорости в дозвуковом пространственном потоке с большим градиентом скорости, основанный на использовании трехканального пневмонасадка скоса, который по существу является комбинацией трубки Пито и насадка, в зарубежной литературе получившего название датчика Конрада. Величина вектора скорости и один из двух углов, определяющих его направление, могут быть получены на основе калибровочных данных, тогда как другой из них измеряется при повороте насадка вокруг продольной оси. Результаты калибровки представлены в виде комплексов, характеризующих связь соответствующих функций от углов направления с перепадом давления между приемными отверстиями. Погрешность измерения углов скоса оценивается величиной 0.1°, а скорости потока — 5 м/с. Такой датчик, по-видимому, удобен для измерений в струях, следах, но не в пограничных слоях. [c.28] Приведенные функциональные связи выявляются в процессе калибровки. Предполагается, что ошибки измерений углов а и гр ш превышают 3—6 %, комплексов vi p — не более 3—7 %. [c.29] В [751 предложен комбинированный насадок с пятью приемными отверстиями диаметром 0.2 мм на полусферической головке диаметром 2 мм для измерений мпювенных величин давлений и скорости в нестационарном трехмерном потоке воды. Каждое отверстие соединено с небольшим высокочастотным полупроводниковым датчиком давления, рассчитанным на измерение уровней давления до 0.2 МПа, с собственной частотой 100 кГц. Процедура калибровки предусматривает определение комплекса функциональных связей с последующей их аппроксимацией и использованием нескольких теоретических предпосылок и допущений. [c.30] Успехи в изучении пространственных турбулентных пограничных слоев различными экспериментальными методами в значительной степени связаны с работами Ф.Жд. Пирса и его коллег. В этом смысле особое внимание привлекают результаты экспериментов [79, 80], а также [81, 82], где кроме ЛДИС используется также пятиканальный насадок для изучения структуры вихревой системы в окрестности сопряжения цилиндрического тела и плоской поверхности при i/ = 24 м/с и Re = 1.83 10 . Эффективность его применения подтверждена хорошим согласием данных, полученных этим датчиком и путем подробных измерений полей скорости с помощью ЛДИС. [c.31] Есть и другие примеры, свидетельствующие, что в некоторых типах сложных турбулентных несжимаемых течений пятитрубчатый насадок вполне работоспособен (см., например, [83—86]). [c.31] Есть опыт использования подобного пневмонасадка в других газодинамических условиях (см., например, [92—94]). [c.32] Вернуться к основной статье