Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Выбор оптических методов исследования
При проведении экспериментального исследования в рамках данной работы использованы два оптических метода – прямой теневой метод и шлирен-метод. Данный подраздел посвящён краткому описанию теоретических принципов работы данных методов и особенностей их применения на практике. Принципы функционирования прямого теневого метода и шлирен-метода подробно описаны в работах [50-52]. Прямой теневой метод основан на изменении затухания света. Затухание света происходит в результате влияния двух механизмов. Первый механизм представлен на Рисунок 4. Свет падает на частицу, достигая её, он отражается и рассеивается во все стороны. Интенсивность падающего света выше интенсивности света, отражённого частицей в направлении экрана. Облако капель (струя) образует оптическую плотную область на пути света, которая становится видимой в виде тени на изображении.
Второй механизм – это преломление света вдоль градиентов оптической плотности в газовой фазе (Рисунок 5). Лучи, проходя через оптическую неоднородность, преломляются и отклоняются от их первоначальной траектории на угол преломления ε. Один из таких лучей, к моменту достижения экрана отклонившейся от первоначальной траектории на угол Δ a, показанный на рисунке. В результате чего в точке A возникает избыток света, а в точке B недостаток, что позволяет различить оптическую неоднородность на экране.
Затухание света при рассеянии описывается законом Бугера-Ламберта-Бера и теорией Ми. Теория Ми описывает величину ослабления света частицей вдоль линии его падения, которая выражается оптической плотностью :
где - площадь поперечного сечения, области, рассеивающей падающий свет (например, площадь поперечного сечения всех частиц на пути падающего света), м2; – объём жидкой фазы в объёме оптического измерения, -; – диаметр капли, м. Оптическая плотность зависит от размера частиц и индекса преломления. [ТЗ29] Закон Бугера-Ламберта-Бера описывает, как оптическая плотность связана с интенсивностью падающего света :
где – интенсивность падающего света, – интенсивность света прошедшего через область повышенной оптической плотности вдоль линии его падения. Прямой теневой метод используется для визуализации жидкой фазы струи, так как чувствительность этого метода в газовой фазе очень низка. Шлирен-метод, в свою очередь, был специально разработан для визуализации мельчайших градиентов плотности оптических неоднородностей, и поэтому используется для визуализации паровой фазы струи. Причина, по которой чувствительность шлирен-метода к градиентам оптической плотности значительно выше, чем у прямого теневого метода, более подробно описана ниже. Шлирен (от нем. Schlieren – оптическая неоднородность) – это короткое название градиентов плотности негомогенной прозрачной среды. Оптические неоднородности имеют место в твёрдых, жидких и газообразных фазах. Они являются результатом изменения плотности в оптической неоднородности в результате изменения температуры, скорости, давления или наличия примесей другого вещества. Шлирен-метод с точечным источником света показан на Error! Reference source not found.. Обязательными элементами любой установки, использующей Шлирен-метод, являются
пары сопряжённых оптических плоскостей – «источник света-нож Фуко» и «оптическая неоднородность-экран». Из оптических свойств линз известно, что наличие таких пар сопряжённых оптических плоскостей обеспечивает работу преобразования Фурье. Если представить, что на Error! Reference source not found. отсутствует оптическая неоднородность и нож Фуко, то на экране будет отображаться перевёрнутое изображение экспериментальной области (любого непрозрачного предмета, занесённого в экспериментальную область), то есть установка будет работать как проектор. При добавлении ножа Фуко к установке и продвижении его в вертикальном направлении к точке фокусировки второй линзы в какой-то момент нож просто заблокирует лучи, идущие от источника света, и изображение на экране исчезнет. При добавлении к установке последнего необходимого элемента – оптической неоднородности – за счёт прохождения через неё лучи от источника света будут отклоняться от первоначальной траектории и больше не будут проходить через фокусное расстояние второй линзы. Два отклонившихся луча показаны на рисунке – одни отклонился наверх, а другой – вниз. Первый луч будет высветлять точку А на экране. Точка, куда должен был попасть заблокированный луч, будет тёмной, так как второй луч не достигает экрана. Так как таких заблокированных лучей в реальности множество, то на экране на светлом фоне возникает изображение оптической неоднородности, составленной из тёмных пятен – теней (в тех местах, где лучи не достигают экрана).
Пример, изображённый на Error! Reference source not found., полностью объясняет принцип получения изображений Шлирен-методом, однако на практике никогда не применяется. В реальных экспериментальных исследованиях всегда используется распределённый источник света, то есть источник света, имеющий форму, например прямоугольника, как в экспериментах, представленных в данной работе. Принципиальная схема простой установки, использующей Шлирен-метод и распределённый источник света представлена на Error! Reference source not found.. Так как источник света теперь не является точечным, а имеет конечный размер, каждая точка экспериментальной области (например точки А и В, показанные на рисунке) освещена множеством лучей, часть из которых может блокироваться ножом Фуко, а часть нет. Это позволяет получать изображение в оттенках серого, что является принципиальным отличием от схемы с точечным источником света, где каждая точка экспериментальной области освещена одним лучом, который либо блокируется ножом Фуко, и образуется чёрное пятно, либо луч доходит до экспериментальной области, и образуется высветленная область. Применение распределённого источника света позволяет настраивать яркость и контрастность изображения – по мере перемещения ножа Фуко в вертикальном направлении наверх будет блокироваться больше лучей, и изображение будет становиться темнее и контрастнее.
Принципиально важно, чтобы источник света по форме совпадал в ножом-Фуко, так для источника света в форме круга нужно подбирать круглый нож-Фуко, для источника света в форме прямоугольника подойдет обычное лезвие. Если не соблюдать это правило, то результаты визуализации оптической неоднородности нельзя будет считать достоверными. На Рисунок 8 изображено использование круглого источника света и квадратного ножа-Фуко. Из изображения видно, что в область 1 не попадают:
· лучи от источника света, которые не преломились при прохождении оптической неоднородности, и при использовании подходящего ножа-Фуко должны увеличить яркость изображения; · лучи, которые преломились при прохождении оптической неоднородности, и несут о ней информацию. В то же время в область 2 могут попасть преломлённые лучи, внося лишнюю информацию в изображение. В экспериментальных исследованиях, представленных в диссертационной работе, прямой теневой метод использовался для визуализации жидкой фазы струи, а шлирен-метод – паровой фазы.
|
||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2022-09-03; просмотров: 31; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.223.160.61 (0.006 с.) |