Формирование и оптико-лазерная диагностика винтовых вихревых структур в жидкости

• Автор: Наумов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 313 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Диагностика вихревых течений
1.1 Вихревые течения в технических приложениях
1.2 Аэродинамика ротора и структура вихревого следа
1.3 Вихревые течения в проточной части гидротурбины
1.4 Феномен распада вихря
1.5 Экспериментальная диагностика вихревых течений
ГЛАВА 2 Методы и устройства оптико - лазерной диагностики винтовых вихревых структур
2.1 Полупроводниковый лазер - перспективный источник когерентного света в лазерной диагностике вихревых потоков
2.1.1 Влияние модового состава п/п лазера при диагностике градиентного нестационарного вихревого течения
2.1.2 Модуляция и управление п/п лазером при исследовании градиентных вихревых потоков
2.2 Влияние диаграммы рассеянного излучения взвеси калибровочных частиц на диагностику вихревых течений
2.2.1 Исследование рассеивающие свойства взвеси типовых засеивающих гидропоток частиц
2.2.2 Стенд для исследования распределения интенсивности рассеянного света от угла регистрации
2.3 Стробируемый лазерный нож на основе п/п лазерной матрицы - осветитель винтовых вихревых структур
2.3.1 Синхронизация когерентного осветителя и системы регистрации изображений .
2.4 Детектирование и обработка сигналов лазерного доплеровского анемометр
2.5 Практическая реализация п/п ЛДИС для научных и промышленных исследований вихревых потоков
2.5.1 Внедрение полупроводниковых лазерных доплеровских измерителей скорости
2.6 Выводы по Главе

ГЛАВА 3 Возникновение и развитие неустойчивости в ограниченном
закрученном течении
3.1 Экспериментальные установки для формирования и исследования эволюции
вихревых структур
3.1.1 Кубический контейнер
3.1.2 Цилиндрический контейнер
3.2 Экспериментальные исследования возникновения и развития трехмерной неустойчивости в кубической и цилиндрической конфигурациях ограниченного вихревого течения
3.2.1 Возникновение и развитие трехмерной неустойчивости в кубическом контейнере
3.2.2 Возникновение и развитие трехмерной неустойчивости в цилиндрическом контейнере
3.3 Сравнение эволюции вихревого течения для контейнеров различной геометрии
3.4 Выводы по Г лаве
ГЛАВА 4 Комплексная оптико-лазерная диагностика винтовых вихревых структур
4.1 Определение ограничений традиционных методов диагностики вихревых потоков
4.2 Разработка эффективной экспериментальной оптико-лазерной методики
4.3 Исследование развития неустойчивости вихревого течения в замкнутом цилиндре
4.4 Выводы по Главе
ГЛАВА 5 Экспериментальное исследование вихревых мультиплетов и мультиспирального распада вихря
5.1 Диагностика неустойчивости интенсивно-закрученного вихревого течения в замкнутом цилиндре большого удлинения
5.2 Исследование влияния спутного интенсивно закрученного потока на распад вихря и устойчивость винтовых мультиплетов

5.3 Экспериментальное исследование пространственной структуры вихревых мультиплетов в закрученном течении
5.4 Исследование трехмерной структуры вихревого течения методом выделения главных ортогональных компонент (POD) при статистической обработке экспериментальных данных
5.5 Выводы по Главе
ГЛАВА 6 Экспериментальные исследования вихревых следов и нестационарных процессов в проточных частях моделей ветро- и гидроагрегатов
6.1 Обоснование применения оптико-лазерной техники в практике исследования рабочих колес осевых турбин
6.1.1 Экспериментальная методика исследования динамики ротора оптико-лазерными методами
6.1.2 Обоснование проведения экспериментальных исследований кавитационных и нестационарных гидропотоков с использованием лазерной анемометрии и видео.
6.2 Экспериментальный стенд исследования вихревого следа и пульсационных характеристик модели ротора ветрогенератора
6.3 Восстановление трехмерного поля скорости и пульсационных характеристик вокруг и позади ротора - в ближнем и дальнем следе
6.4 Влияние быстроходности на характеристики модели ротора ветрогенератора
6.5 Выводы по Главе
Заключение
Список используемых источников

Кроме того, термоанемометры обладают малой инерционностью и поэтому чувствительны к флуктуациям потока, что позволяет сравнительно точно измерять высокочастотные пульсации скорости (до 500 кГц) [76]. Следует также отметить, что термоанемометрические методы измерений имеют достаточно низкий уровень шума. Существенным источником погрешности при использовании термоанемометрических методов является эффект утечки тепла к державкам датчика, что требует постоянной калибровки датчика.
Электродиффузионный метод
В основе электродиффузионного метода лежит измерение скорости электрохимической реакции на поверхности датчика. При реализации данного метода в поток электролита помещается два электрода: катод малого размера и анод, имеющий большую площадь [77]. Катод является датчиком измеряемой гидродинамической величины. При возникновении между электродами постоянного напряжения, на их поверхности происходит быстрая электрохимическая реакция диссоциации, в результате которой концентрация активных ионов приближается к нулю. В этом случае скорость электрохимической реакции, а, следовательно, и измеряемый ток в цепи лимитируется диффузией активных ионов к катоду, которая, в свою очередь, определяется гидродинамикой потока.
Практически при измерении гидродинамических характеристик течений жидкости широко используются две электрохимические системы: феррицианидная и трийодидная.
В феррицианидной системе электролит состоит из раствора ферри- и ферроцианида калия (КзРе(СЫ)б и К^е^СЫ)б) с концентрацией в пределах 10'3ч-5 • 10"2 М. Кроме того, рабочий раствор должен содержать в большом количестве фоновые ионы, не участвующие в реакции на электродах, но создающие высокую электропроводность, исключающую процесс миграции активных ионов. В трийодидной системе электролит представляет собой раствор йода /г и йодистого калия К1 в воде. Йодистый калий является одновременно и реагирующим и фоновым веществом. На электродах протекает обратимая электрохимическая окислительно-восстановительная реакция.
По сравнению с такими традиционными методами измерения, как термоанемометрия и ЛДА, он имеет ряд особенностей, благодаря которым его использование часто оказывается более предпочтительно при исследовании локальных турбулентных потоков. Одним из преимуществ данного метода является возможность использования датчиков малых размеров, увеличивая тем самым пространственное разрешение. В отличие от термоанемометрических методов преимуществом электродиффузионного метода является предельная простота первичной измерительной аппаратуры. Кроме того, при использовании такого метода не возникает эффектов, аналогичных утечкам тепла к державкам нити