Исследование применимости различных типов засева сверхзвукового потока в системе PIV

Автор: Иван Алексеевич Загайнов

Соавторы: Попович С.С., Егоров К.С.

Организация: НИИ механики МГУ

Панорамные (полевые) методы измерений позволяют измерять мгновенные распределения физических величин, выявлять в потоке когерентные структуры, исследовать нестационарные потоки и быстропротекающие процессы [1]. Наиболее известным среди панорамных методов является анемометрия по изображениям частиц PIV (Particle Image Velocimetry) [2].

Метод PIV находит широкое применение в практике исследований течения газов с высокими сверхзвуковыми скоростями. Первые работы по использованию метода PIV в сжимаемых течениях датируются 1988 г. (Moraitis C.S., Riethmuller M.L., Kompenhans J. et al.), при высоких сверхзвуковых скоростях (больше М=4) публикации начали появляться с 2002 года (Haertig J., Havermann M. et al.).

В рамках работы произведена отладка двумерной двухкомпонентной системы «Сигма Про» на базе сверхзвуковой аэродинамической установки АР-2 [3]. Представлены результаты сравнительного исследования применимости различных типов трассеров для засева потока: частицы DEHS, жидкий углекислый газ и дистиллированная вода, подаваемая через форсунки в форкамере установки.

Наилучшее качество засева было получено при использовании жидкости DEHS. Засев углекислым газом приводил к туманообразованию в сверхзвуковой области с неравномерным распределением частиц по сечению и, по-видимому, слишком малому (меньше 1 мкм) размеру формируемых частиц. Капли дистиллированной воды, формируемые форсунками, оказались напротив слишком крупными (десятки микрометров), чтобы можно было утверждать установление динамического равновесия с несущим потоком.

Работа выполняется в рамках госбюджетной темы АААА-А16-116021110200-5 НИИ механики МГУ.

 1.Знаменская И.А. Методы панорамной визуализации и цифрового анализа теплофизических полей. Обзор // Научная визуализация. 2021. Т. 13. № 3. С. 125–158.

2.Бильский А.В., Гобызов О.А., Маркович Д.М. История и тенденции развития метода анемометрии по изображениям частиц для аэродинамического эксперимента (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 2020. Т. 27. № 1. С. 1-24.

3.Егоров К.С., Загайнов И.А., Попович С.С. Экспериментальная отработка панорамного метода исследования анемометрии по изображениям частиц на сверхзвуковой аэродинамической установке // Будущее машиностроения России: сб. докл. XV Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов (с международным участием), Т. 2. М: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2023. С. 12-16.