Теневой фоновый метод в задачах тепломассообмена

• Автор: Попова, Екатерина Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

1 Основы теневых методов

1.1 Схемы классических теневых методов [12, 13]

1.2 Принцип теневого фонового метода

1.3 Состояние ТФМ на момент начала работы

1.4 Выводы по разделу

2 Цифровая обработка ТФМ изображений

2.1 Цифровые методы обработки ТФМ изображений

2.1.1 Кросскорреляционная обработка ТФМ изображений

2.1.2 Методы поля направлений

2.2 Выбор оптимальных параметров алгоритма обработки ТФМ изображений для задач тепломассообмена
2.2.1 Кросскорреляционная обработка
2.2.2 Методы поля направлений
2.3 Выводы по разделу
3 Цифровое моделирование картин ТФМ
3.1 Распространение лучей в оптически неоднородной среде
3.2 Аппаратная функция ТФМ
3.3 Модель фазового экрана
3.4 Модель постоянного градиента показателя преломления
3.5 Модель переменного показателя преломления
3.6 Влияние параметров окружающей среды на вид ТФМ картин
3.6 Выводы по разделу
4. Экспериментальные исследования характеристик ТФМ

4.1 Определение чувствительности ТФМ
4.1.1 Определение чувствительности ТФМ с помощью одиночного клина
4.1.2 Определение чувствительности ТФМ с помощью набора полых призм
заполненных газом
4.1.3 Определение чувствительности ТФМ с помощью линзы
4.2 Выводы по разделу
5. Применение теневого фонового метода для исследования процесса теплопередачи
5.1 Визуализация теплопередачи в плексигласе
5.2 Тепловое воздействие лазерного излучения на поглощающую жидкость

5.3 Визуализация теплового пограничного слоя в жидкости
5.4 Визуализация газовой струи
5.5 Исследование тепломассопереноса в жидкостях
5.6 Стереоскопические исследования
5.7 Выводы по разделу
Заключение
Благодарности
Список литературы
Приложение

Бесконтактные методы исследования всегда были предпочтительны для исследования процессов тепломассообмена. В последнее время наибольшее развитие получают такие новые методы оптической диагностики, как метод анемометрии изображения частиц, компьютерно-лазерный
рефрактометрический метод и теневой фоновый метод (ТФМ) [1 - 9]. Одним из главных преимуществ ТФМ по сравнению с остальными оптическими методами диагностики являются очень скромные требования к технике. Теневой фоновый метод, применяемый в данной работе, позволяет визуализировать и исследовать процессы тепломассообмена в оптически прозрачных жидкостях. В то же время, при оптимальных; параметрах установки, можно получить высокие разрешение и чувствительность [10]. Кроме того, к достоинствам данного метода можно отнести неограниченное поле обзора и, следовательно, неограниченный размер исследуемого объекта, существенную роль методов обработки изображения, высокую точность, быстроту вычислений и двустороннюю чувствительность. Важным моментом для неограниченного применения ТФМ является возможность использования при диагностике естественных экранов (лес, земля и т.п.). Так как это новый метод для таких задач [11], то алгоритмы обработки изображений и построения полей визуализации еще не до конца разработаны.
В настоящее время разработано много оптических методов, применимых к задачам тепломассообмена, таких как: анемометрия изображения частиц, лазерная доплеровская анемометрия, интерференционные и теневые методы. Данные методы можно разделить на группы по нескольким признакам.
Во-первых, методы можно разделить на точечные и пространственные. К первой группе относится лазерная доплеровская анемометрия, ко второй -анемометрия изображения частиц, интерференционные и теневые методы.

а) б)
Рисунок 33 - Тестовые изображения [ЗО]
Результаты обработки первой тестовой картины методом локальных градиентов представлены на рисунке 34а, а методом параметрической аппроксимации - на рисунке 346. Из рисунков видно, что общая структура векторного поля при обработке разными методами одинаковая и совпадает с предсказанным результатом. В то же время при обработке методом локальных градиентов больше ошибочных векторов. В некоторых случаях направления векторов при обработке разными методами отличаются на 180 градусов, потому что методы поля направлений строят прямую параллельную градиенту яркости, но не различают противоположные направления.
Результаты обработки второй тестовой картины методом локальных градиентов представлены на рисунке 35а, а методом параметрической аппроксимации - на рисунке 356. Из рисунков видно, что общая структура векторного поля при обработке разными методами одинаковая и совпадает с предсказанным результатом. В то же время при обработке методом локальных градиентов больше ошибочных векторов.