Применение панорамных методов диагностики при исследовании термогазодинамики сверхзвуковых потоков

Автор: Сергей Станиславович Попович

Соавторы: Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А.

Организация: НИИ механики МГУ

Применение панорамных методов диагностики при исследовании термогазодинамики сверхзвуковых потоков

Панорамные (полевые) 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. Определение перемещения основано на применении корреляционных методов к трассерным картинам, с использованием регулярного разбиения на элементарные области.

Метод SSP основан на регистрации теневой фотографии объекта, имеющего коэффициент преломления, отличный от окружающей его среды. При этом за исследуемым объектом располагается лазерный источник света с равномерным пространственным распределением интенсивности. 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 (двумерной двухкомпонентной) и SSP-систем в исследовании задач термогазодинамики сверхзвуковых потоков. Исследования проводятся на сверхзвуковой аэродинамической установке АР-2 [2] для исследования газодинамики и теплообмена одно- и двухфазных потоков.

1.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.

2.Попович С.С., Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А., Загайнов И.А. Отработка методики панорамной диагностики потоков на базе PIV при исследовании задач сверхзвуковой газодинамики // Ломоносовские чтения. Научная конференция. Секция механики. 2022. Тезисы докладов. Изд-во Института механики МГУ (Москва). С. 176.