Оптико-электронный комплекс одновременного измерения параметров движущихся пузырьков газа или капель жидкости

• Автор: Михалев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
1 Лазерные методы диагностики двухфазных потоков
1Л Возможности и преимущества дистанционной диагностики потоков
1.2 Локальные методы диагностики двухфазных потоков
1.2.1 Лазерная доплеровская анемометрия
1.2.2 Фазово-доплеровская анемометрия
1.3 Полевые методы диагностики двухфазных потоков
1.3.1 Анемометрия изображения частиц
1.3.2 Спекл-ннтерферомегрия
1.3.3 Лазерный интерференционный метод
1.4 Выводы по разделу
2 Теоретические основы лазерного интерференционного метода
2.1 Моделирование интерференционных картин для газового пузырька в жидкости
2.2 Многократные отражения и преломления узкого гауссова пучка
2.3 Особенности получения изображений пузырьков газа в лазерном интерференционном методе
2.4 Выводы по разделу
3 Оптико-электронный комплекс ЛИМ
3.1 Расчет оптической системы для формирования лазерной плоскости
3.2 Система регистрации интерференционных изображений пузырьков газа и капель жидкости
3.3 Фильтрация изображений пузырька с интерференционными полосами
3.4 Обработка изображений в лазерном интерференционном методе
3.5 Сравнение методик обработки

3.6 Выводы по разделу
4 Применение оптико-электронного комплекса ЛИМ
4.1 Определение диаметров пузырьков воздуха в стекле
4.2 Влияние состояния поляризации на интерференционную картину в

4.3 Измерение скорости и диаметра капель воды, движущихся в воздухе
4.4 Определение параметров пузырьков воздуха, движущихся в воде
4.4.1 Определение параметров пузырьков воздуха, движущихся в воде, образованых с помощью пьезогенератора
4.4.2 Определение параметров пузырьков воздуха, движущихся в воде, образованых с помощью электролиза
4.5 Выводы по разделу
Заключение
Благодарности
Список литературы
Приложение А
Приложение Б

Введение
В настоящее время все большую значимость приобретают бесконтактные методы диагностики потоков жидкости и газа [1]. Эти методы позволяют исследовать потоки без их возмущения, тем самым не внося дополнительные искажения в исследования. Существует много методов диагностики потоков, работающих на различных физических явлениях [1 — 8]. Они применяются во многих областях, таких как аэродинамика, гидродинамика, медицина и др.
В настоящее время наибольшая часть экспериментальных исследований проводится на двухфазных потоках в газо-жидкостных средах. Целью данных исследований является разработка комплекса для определения формы, размера и поведения пузырьков газа в жидкой среде, либо капель жидкости в газовой среде.
Наиболее точными методами являются лазерные методы диагностики потоков. Они позволяют максимально уменьшить влияние на исследуемую среду во время проведения экспериментов. Среди методов лазерной диагностики потоков самыми распространенными являются лазерная доплеровская анемометрия, фазовая доплеровская анемометрия, анемометрия изображения частиц и спекл-интерферометрия. Также разрабатываются новые лазерные методы диагностики потоков. Часть новых методов основана на обработке получаемых интерференционных картин.
Представленная диссертация посвящена разработке оптикоэлектронного комплекса одновременного измерения параметров движущихся оптически прозрачных объектов сферической формы лазерным интерференционным методом. Данный метод позволяет определить размер сферических объектов по получаемым интерференционным картинам.
Применение методов компьютерно-лазерной диагностики потоков позволяет получить качественно новые результаты при исследовании параметров потоков жидкостей и газов. В силу своего быстродействия лазерные методы могут использоваться для диагностики нестационарных

Число интерференционных полос определяется как отношение угла обзора камеры (а) к угловому периоду ИК (Дер):

Таким образом, полученные соотношения, позволяют смоделировать ИК от пузырька газа или капли жидкости при их освещении широким лазерным пучком с аппроксимацией рассеяния отражением, преломлением и дифракцией Фраунгофера в дальней зоне.
2.2 Многократные отражения и преломления узкого гауссова пучка
Как было показано в разделе 1.3.3, расчет интерференционной картины на больших (относительно длины волны излучения) частицах можно произвести с помощью аппроксимации, в которой производится учет рассеяния по двум механизмам. Первый определяется отражением и преломлением лучей частицей в соответствии с законами геометрической оптики, а второй - дифракцией волны на частице (что в дальней зоне эквивалентно дифракции Фраунгофера на непрозрачном диске). Указанная аппроксимация следует непосредственно из строгой теории рассеяния Ми и разложения Дебая [22, 23].
В данном разделе рассматривается только отражение и преломление лазерного пучка на сферических прозрачных пузырьках воздуха и каплях воды [24-26].
Как видно из рисунка 16 излучение лазера отличается от излучения плоской волны и в поперечном сечении имеет гауссово распределение амплитуды. Видно, что интенсивность излучения лазера неравномерна относительно оптической оси. Она максимальна у оси и уменьшается с отдалением от нее (/0>//>_/)). Лучи лазерного пучка попадают на