Исследование сверхзвукового двухфазного потока панорамными методами
Автор: Сергей Станиславович Попович
Соавторы: Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А.
Организация: НИИ механики МГУ
Панорамные методы измерений, в отличие от традиционных (термоанемометр, лазерная доплеровская анемометрия и др.), обладают рядом преимуществ. Например, они позволяют измерять мгновенные распределения физических величин, выявлять в потоке когерентные структуры, исследовать нестационарные потоки и быстропротекающие процессы [1]. Наиболее известными среди панорамных методов являются PIV (Particle Image Velocimetry) и SSP (Shadow Photography).
Метод PIV – это оптический метод измерения мгновенных полей скорости газа в выбранном сечении потока. Импульсный лазер создает тонкий световой нож и освещает мелкие частицы - трассеры, взвешенные в исследуемом потоке. Положения частиц в момент двух последовательных вспышек лазера регистрируются на два кадра цифровой камеры. Скорость потока определяется расчетом перемещения, которое совершают частицы за время между вспышками лазера. Данный метод 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.).
Метод SSP основан на регистрации теневой фотографии объекта, имеющего коэффициент преломления, отличный от окружающей его среды. Цифровой анализ теневого изображения позволяет определить положение и границу объекта, что важно в задачах исследования течения двухфазного потока.
В рамках работы представлено применение 2D2C-PIV (двухмерной двухкомпонентной) и SSP-систем в исследовании задач термогазодинамики сверхзвуковых потоков. Исследования проводятся на сверхзвуковой аэродинамической установке АР-2 [2] в области газодинамики двухфазных (газо-жидкостных) потоков.
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.Попович С.С., Здитовец А.Г., Виноградов Ю.А. Экспериментальное исследование аэрогидродинамики течения воздушно-капельного потока в плоском сверхзвуковом сопле // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тезисы докладов XXIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева, посвященной 100-летию академика В.Е. Алемасова. АО Информационно-издательский центр Казань, 2023. С. 174–175.