Лазерный доплеровский анемометр

Cтраница 1

Лазерные доплеровские анемометры ( ЛДА) более двух десятилетий используются для исследования однофазных потоков. Для измерения кинематических характеристик течения сплошной среды в нее вводят частицы-трассеры субмикрометровых и микрометровых размеров, массовая и объемная концентрация которых ничтожна. При соблюдении определенных условий мгновенные скорости частиц-трассеров будут практически равны соответствующим скоростям несущей их сплошной среды. Гетерогенные потоки, в которых частицы ( капли, пузыри) присутствуют естественным образом, также исследуются с использованием ЛДА. [1]

Высокое пространственное разрешение лазерных доплеровских анемометров позволяет траверсировать потоки подобно тому, как это делается обычными зондами. При уменьшении фоновых засветок прибор применим для измерения скоростей в цограничных слоях. [2]

Схема измерения скорости лазерным.| Путь светового луча в плоском потоке с переменным по оси у показателем преломления л. [3]

Имеются схемы для измерения трех компонентов вектора скорости. Основным достоинством лазерных доплеровских анемометров является возможность проводить локальные измерения скорости без возмущения потока. Однако измерения в однофазных неизотермических потоках, а также в двухфазных потоках связаны с определенными трудностями. Для измерения полей скорости применяются оптико-механические сканирующие системы. Их недостаток - небольшая скорость сканирования, которая не позволяет проводить измерения полей скорости нестационарных потоков. [4]

Таким образом, общепринятая идеализация формы газовых пузырьков сферами при нестационарном движении может приводить к значительным погрешностям. Эксперименты, проведенные в работе [49], в которых с помощью лазерного доплеровского анемометра проводились измерения скорости пузырей на начальном участке их движения, показывают, что зависимость скорости движения пузыря от высоты подъема резко отличается от такой же зависимости для сферической твердой частицы. На первом участке, составляющем примерно 1 ( ИЭ, скорость пузыря резко возрастает, достигая значения, в полтора раза превышающего значение установившейся скорости. На втором участке скорость начинает падать, приближаясь к установившемуся значению. В зависимости от диаметра пузыря протяженность второго участка составляет 50 - 100 диаметров. По-видимому, некоторое время после отрыва пузырь имеет еще сферическую форму. [5]

Расчеты, проведенные в работе [48], показывают, что для эллипсоидального пузыря с отношением малой и большой полуосей эллипса х 1 04 значение коэффициента присоединенной массы в три раза превышает значение этого коэффициента для сферической частицы, а при х 1 0 1 - в двенадцать раз. Таким образом, общепринятая идеализация формы газовых пузырьков сферами при нестационарном движении может приводить к значительным погрешностям. Эксперименты, проведенные в работе [49], в которых с помощью лазерного доплеровского анемометра проводились измерения скорости пузырей на начальном участке их движения, показывают, что зависимость скорости движения пузыря от высоты подъема резко отличается от такой же зависимости для сферической твердой частицы. На первом участке, составляющем примерно 10d3, скорость пузыря резко возрастает, достигая значения, в полтора раза превышающего значение установившейся скорости. На втором участке скорость начинает падать, приближаясь к установившемуся значению. В зависимости от диаметра пузыря протяженность второго участка составляет 50 - 100 диаметров. По-видимому, некоторое время после отрыва пузырь имеет еще сферическую форму. [6]

Естественно, возникает вопрос, как отличить их от описанных выше фоновых нестациопарпо-стей в потоке, связанных с несовершенством - экспериментальных установок. С этой целью в работе И.В. Наумова и др. [2003] в контейнере с Н / R 2 для разных чисел Рейнольдса были измерены пульсации скорости с помощью лазерного доплеровского анемометра ( LDA) в точке па расстоянии R. На рис. 7.65 приведен пример зависимости дисперсии скорости от числа Рейнольдса. Данные не противоречат диаграмме режимов рис. 7.59: при увеличении Re до 2500 наблюдается стационарный режим течения с одинаковым, пренебрежимо малым уровнем пульсаций, затем возникают интенсивные колебания, что характеризуется линейным ростом дисперсии осевой компоненты скорости. [7]

Схема лазерного решеточного анемометра ( а и изменение / в в зависимости от ск для ЛРА ( т10 ( б. [8]

На рис. 2.24, б приведено изменение fD в функции скорости с для решеток-модуляторов с различным D. Сравнение диапазонов изменения доплеровской частоты для ЛДА и ЛРА говорит о том, что в ЛРА сдвиг fD на единицу скорости меньше, и поэтому проблема значительного усиления сигнала с фотоприемника не представляет трудностей, так как широкая полоса пропускания усилителя не обязательна. В этом случае легко получить усиление примерно 200 - 300 раз с малым шумом, приведенным ко входу усилителя. Лазерные доплеровские анемометры, как следует из принципа их действия, инвариантны к оптическим неоднородностям, движущимся вместе с потоком. Необходимо только, чтобы коэффициент скольжения этих: частиц мало отличался от единицы и частицы хорошо рассеивали свет. [9]

Страницы: 1