Теоретическое и экспериментальное исследование флуктуаций волновых полей при интерферометрической диагностике турбулентных потоков

• Автор: Нечаева, Мария Борисовна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Общая характеристика работы

Диссертационная работа посвящена развитию интерферометриче-ских методов диагностики турбулентных потоков и разработке способов повышения их информативности при определении параметров турбулентной среды. Проведен теоретический и численный анализ спектральных и корреляционных характеристик отклика интерферометра на излучение, распространяющееся в неоднородной нестационарной турбулентной среде. Представлены результаты экспериментов по исследованию неоднородностей электронной концентрации плазмы солнечного ветра методом радиопросвечивания с использованием радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (РСДБ) и результаты лабораторных интерферометрических экспериментов по исследованию флуктуаций концентрации кавитационных пузырьков в турбулентном водном потоке.

Глава 1. Отклик радиоинтерферометра со сверхдлинной базой (РСДБ) на широкополосное излучение, возмущенное турбулентной средой

1.1. РСДБ-метод исследования турбулентных сред

1.2. Формирование выходного сигнала интерферометра

в экспериментах по просвечиванию солнечного ветра

1.3. Расчет спектральных и корреляционных характеристик принимаемого излучения в условиях плавно-неоднородной среды
1.3.1. Сигнал интерферометра при описании распространения излучения методом геометрической оптики
1.3.2. Сигнал интерферометра при описании распространения излучения методом плавных возмущений
1.4. Спектр мощности сигнала интерферометра в частных случаях при сильных и слабых возмущениях
1.4.1. Сильные флуктуации разности фаз
1.4.2. Слабые флуктуации разности фаз
1.5. Выводы главы
Глава 2. Отклик доплеровского большебазового интерферометра (ИББ) на монохроматическое излучение
2.1. Расчет спектральных и корреляционных характеристик принимаемого излучения в условиях плавно-неоднородной среды
2.1.1. Сигнал интерферометра при описании распространения излучения методом геометрической оптики
2.1.2. Сигнал интерферометра при описании распространения излучения методом плавных возмущений
2.2. Спектр мощности сигнала интерферометра в частных случаях при сильных и слабых возмущениях
2.2.1. Сильные флуктуации разности фаз
2.2.2. Слабые флуктуации разности фаз
2.2.3. Распространение излучения в многомасштабной среде
2.3. Выводы главы
Глава 3. Интерферометрические эксперименты по исследованию
турбулентных сред методом просвечивания
3.1. РСДБ-эксперименты по просвечиванию плазмы солнечного
ветра излучением внегалактических радиоисточников
3.1.1. Обзор РСДБ-экспериментов по исследованию космических сред методом широкополосной радиоинтерферометрии

3.1.2. РСДБ-эксперименты по исследованию плазмы солнечного ветра в 1994-1996 гг. на длинах волн 18 и 92 см
3.1.3. РСДБ-эксперименты по исследованию плазмы солнечного ветра в 1999 и 2000 гг. на длине волны 18 см
3.2. Экспериментальное исследование флуктуаций концентрации кавитационных пузырьков в турбулентной водной среде методом интерферометрии
3.2.1. Интерферометрический эксперимент по зондированию турбулентной водной струи в открытом пространстве бассейна ультразвуковым сигналом
3.2.2. Интерферометрическое исследование турбулентного потока в трубе при зондировании ультразвуковым сигналом
3.3. Выводы главы
Заключение
Литература

В случае слабых амплитудных флуктуаций основной вклад в выходной сигнал РСДБ-системы будут вносить фазовые искажения излучения в ' случайно-неоднородной среде. Рассмотрим распространение излучения в
предельных случаях сильных и слабых фазовых флуктуаций.
1.4.1. Сильные флуктуации разности фазы
В случае сильных флуктуаций разности фаз, когда ([^(;)]2»1, т.е.
при сильных фазовых флуктуациях излучения, принимаемого в каждом ^ приемном пункте, и при большом разнесении приемных антенн (рх »/0),
абсолютные значения функций Л, и Л2 (см.(1.42, 1.43)) быстро возрастают с увеличением г. Следовательно, наибольший вклад в интеграл в (1.47) дает область малых г. Пренебрежем третьим и четвертым слагаемыми в (1.41), считая Л2 »£),. Разложим структурную функцию Л, в ряд по г и ограничимся двумя первыми членами ряда:
Л,(т) = -27гA2Zт2 |Л(кх)(кхУх)2[1 -соз(кхрх)}7кх +

Л' 2.2 О'63>
А 7 00
+ / • 2л-——г | /кх2 (кхУх )л(кх )зіп(кхрх )с/кх
/V —00
Выберем систему координат так, чтобы проекция базы интерферометра была направлена вдоль оси х (рх = {р*,°}) и после перехода к полярным координатам (к; <р) интеграл по <р вычислим аналитически. Корреляционную функцию Г(г) (1.41) перепишем в форме:
Г(г) = ехр|-“<^у2^)г2 |соз(Ай;-г) (1-64)
где:
ф1) = 2*1Л2гг!]К,рЩ1-^(ф,)+%^Мкр,№ (1.65)
О I Ух +Уу I