Методы визуализации течений

Другой метод визуализации течения, который доказал свою эффективность при исследовании тонкой структуры течения при обтекании различных турбулизаторов и дистанционирую-щих элементов для труб, состоит в нанесении на поверхность флюоресцирующей краски, разведенной на тяжелом автотракторном масле [18]. Краска собирается в зонах торможения и отчетливо выделяется при освещении ультрафиолетовыми лучами. На рис. 16.5 представлена типичная фотография. полученная этим методом. [c.322]

В большинстве исследований обычно рассматриваются длинные полости. При этом процессы переноса измеряются достаточно далеко от концов полости, где влиянием торцевых стенок на результаты измерений можно пренебречь. С другой стороны, методы визуализации течений зачастую осредняют изменения физических параметров по третьей координате. Поэтому, несмотря на то что двумерный подход облегчает изучение механизмов многих физических процессов, определяющих структуру и характер внутренних течений, все же часто оказывается необходимым учитывать и трехмерные эффекты. Так, в случае свободноконвективных течений, возникающих в результате пожаров в помещениях, двумерные аппроксимации не позволяют оценить некоторые важные особенности этих процессов. [c.295]

Методы визуализации течений [c.33]

В настоящее время имеется обширная информация о статистических характеристиках полностью развитых турбулентных течений около вертикальной поверхности. Кутателадзе [90], используя стробоскопический метод визуализации, измерял профили продольной составляющей средней скорости й и среднеквадратических значений турбулентных пульсаций в потоке этилового спирта около изотермической поверхности. Установлено, что резкий максимум профиля совпадает с максимумом профиля й. [c.57]

Горизонтальные цилиндрические полости. Проведены измерения и расчеты пограничного слоя в таких полостях с помощью интегрального метода [99]. Вода в горизонтальных цилиндрах с коэффициентом формы 3 охлаждалась до 4 °С. При этом охлаждение воды, первоначально имевшей температуру 20 °С, проводилось путем понижения температуры стенки со скоростью 0,6—54°/ч. Визуализация течения осуществлялась с помощью окрашенных примесей. Изменение температуры жидкости измерялось фиксированными термопарами. При этом числа Рэлея изменялись в пределах 10 — О . Было установлено, что не-установившаяся картина внутренней циркуляции вскоре переходит в некоторый квазистационарный процесс. При Ра > 10 внутреннее течение складывалось из некоторого центрального ядра и течений в пограничных областях вблизи поверхности. При падении температуры ядра ниже 4°С наблюдалась инверсия картины течения. Важную роль во всем этом процессе играло кондуктивное поле, которое развивалось в центральном ядре течения. Полученные результаты иллюстрируют наличие очень важных и сложных механизмов переноса в полостях указанной геометрии, особенно для случая, когда процесс в полости происходит вблизи точки максимума плотности. [c.338]

Возникновение неустойчивого течения расплавов полиэтилена ВД обычно связывают с влиянием входа 70. ш. ю изучения влияния входа использовались различные методы визуализации потока В результате этих исследований установлено, что перед плоским входом в капилляр в резервуаре возникают кольцевые вихри, вызывающие циркуляционное течение в мертвой зоне (зона застоя). При определенных режимах течения в области вихрей возникают очень сильные пульсации, которые приводят к разрывам центральной струи. При этом верхняя часть струи втягивается обратно в резервуар, а в капилляр устремляется жидкость [c.97]

Попытки аналитического продвижения в область Ке > 1 наталкивались на серьезные трудности. Уже при Ие = 16 позади сферы скорость меняет свой знак. Визуализация течения позади сферы указывает на возникновение вихревого кольца, свойства которого в настоящее время подробно изучены [43, 246]. С увеличением числа Рейнольдса размеры вихревого кольца увеличиваются нри Ке = = 150 оно теряет стабильность и начинает осциллировать. Начиная с Ке = 500, наблюдается отрыв колец от кормовой части сферы и их движение вниз по потоку. Во фронтальной части сферы движение жидкости является устойчивым. Распределение скоростей здесь соответствует представлению о ламинарном пограничном слое. Методы расчета толщины этого слоя и распределения скоростей в нем хорошо разработаны [122]. Применение уравнений (1.18) и (1.22) приводит к определению массового потока — цели, которая достижима в отношении передней половины сферы. Впоследствии возникла тенденция распространить полученную описанным способом закономерность на всю поверхность шара. Так появился известный результат [5, 145, 1691 [c.19]

Визуализация течения полиэтилена высокой плотности и исследование потока методом двулучепреломления показывают, что размеры мертвых зон при ламинарном течении гораздо меньше, чем в случае полиэтилена низкой плотности. Линии тока на входе при увеличении расхода пульсируют, но не разрываются. Неустойчивое течение возникает внутри капилляра. При этом наблюдаются разрывы изоклин (линий постоянных скоростей), а изохромы приобретают зернистую структуру. Увеличение длины капилляра не влияет на момент начала неустойчивого течения [79, 187]. Аналогичные результаты получены и при исследовании течения полиамида 6,6, полиформальдегида и сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что возникновение неустойчивого течения связано с потерей текучести пристенных слоев расплава. Подробно вопрос о возможных причинах неустойчивого течения, связанных с ориентационной кристаллизацией (стеклованием), рассмотрен в работе [193]. [c.108]

При разработке натурных теплообменников иногда целесообразно провести исследование гидродинамики входного участка теплообменника или другого участка сложной конфигурации, чтобы определить общее распределение потока или падение напора. Опыты такого рода можно проводить на простых моделях, поскольку не требуется осуществлять подвод или отвод тепла. Необходимо лишь геометрическое подобие модели и натурного аппарата и обеспечение соответствующего диапазона чисел Рейнольдса. Следовательно, эти опыты можно выполнять с водой или воздухом вместо тех теплоносителей, работа с которыми вызвала бы затруднения. Особенно для подобных целей подходит воздух, небольшие утечки которого не приведут к осложнениям. Кроме того, стоимость модели будет невелика. Если нет резкого отрыва потока, то для определения направления течения, а также распределения скоростей можно использовать трубки Пито. При наличии отрыва необходимо произвести визуализацию течения, используя для этого пучок нитей, которые с помощью изоляционной ленты крепятся к стенкам канала или закрепляются на проволочном зонде, обладающем возможностью перемещаться в поле течения. Можно использовать дым, но это довольно сложно, а результаты обычно бывают неудовлетворительны. Струи дыма за счет турбулентности настолько быстро рассеиваются, что подобный метод применим только при относительно низких числах Рейнольдса и простых геометрических конфигурациях. Любой из этих способов пригоден в том случае, если модели выполнены из прозрачного пластика типа люцита. [c.321]

Наиболее распространенный сейчас метод визуализации конвективных течений — теневой, основанный на температурной зависимости коэффициента преломления света (см. например, [177]). Холодные нисходящие потоки фокусируют свет и в проекции на экран выглядят светлыми, а теплые восходящие действуют как рассеивающие линзы и выглядят темными. Изображение конвективной структуры создается светом, либо прошедшим через слой жидкости и два прозрачных теплообменника (верхний и нижний), либо дважды прошедшим через слой и отраженным верхней поверхностью нижнего металлического теплообменника, отполированной до зеркальности. Иногда применяется визуализация специальными добавками (например, дымом, если эксперимент [c.34]

Не имея возможности даже перечислить многие из рассматриваемых здесь проблем, остановимся на опыте использования наиболее популярных и перспективных методов визуализации при малых дозвуковых скоростях потока, который может оказаться полезным для начинающего исследователя. Прежде чем это сделать, отметим предварительно, что, хотя с помощью таких методов можно выявить интересные и важные области течения, к интерпретации полученной картины следует подходить с осторожностью. Здесь, по-видимому, нелишне напомнить основные различия между понятиями траектории, окрашенной струйки и линии тока. Траекторией, как известно, называется геометрическое место точек, через которые проходит данная частица жидкости, перемещаясь в поле течения. Под окрашенной струйкой понимается совокупность тех частиц, которые проходят через определенную точку поля. Линия тока — это линия, в каждой точке которой скорость в данный момент имеет направление касательной. Следуя этим понятиям, становится ясно, что типичный спектр обтекания, который можно получить за счет введения в поток частиц дыма или краски, должен состоять из отдельных окрашенных струек. В случае установившегося движения траектории частиц, окрашенные струйки (а следовательно, и линии тока), совпадают, по- [c.34]

V. Остановимся еще на одном методе визуализации водных течений, который получил в литературе название электрохимического. Его истоки исходят от так называемого теллур-метода [133], в основу которого заложен принцип электролиза, причем сама вода является электролитом. Натянутая в воде теллуровая проволока подвергается воздействию электрического импульса длительностью несколько миллисекунд. Проволока служит здесь в качестве катода. Другой электрод — анод также должен размещаться в самом канале. Химическая реакция порождает тонкое коллоидное облако, которое дрейфует вместе с потоком и используется как объект визуализации. Современные электрохимические методы, базирующиеся на электролизе воды, являются дальнейшим развитием теллур-ме- [c.42]

В опытах [1.23, 1.24] были проведены более детальные исследования структуры течения вблизи стенки с использованием метода визуализации потока с помощью водородных пузырьков, создаваемых электрохимическим способом. В [1.24] полный цикл процесса обновления подслоя рассматривается как непрерывная последовательность событий, ведущая от сравнительно упорядоченного, спокойного течения вблизи стенки к образованию относительно крупных хаотических возмущений. При этом выделяются три наиболее характерные стадии полного цикла, каждая из которых, с небольшими отклонениями, повторяется во всех случаях наблюдений. [c.11]

IV. Многие из существующих методов визуализации потока базируются на введении в исследуемую область различных частиц, которые необязательно должны быть твердыми. Например, газовые (в том числе воздушные) пузырьки можно с успехом применять в водных течениях, если они настолько малы, что их плавучесть пренебрежимо мала. В этом случае увеличивается вероятность того, что такие пузырьки будут сноситься одновременно с основным потоком. С равным успехом в такого рода течениях могут применяться алюминиевая или магниевая пудра, мелкие частички слюды, стеклянные и полистирольные шарики, т.е. материалы, обладающие высокой отражательной способностью при их попадании в плоскость светового поля. Многочисленные примеры подобного рода визуализации можно найти в альбоме Ван-Дайка [128 и в докладе Верле [129]. Эти методы нашли особенно широкое применение в водных средах. Главное их достоинство — отсутствие необходимости введения каких-либо зондов, в той или иной степени возмущающих поток. Несмотря на их существенное ограничение, такие методы очень полезны для получения первичной информации о характерных особенностях течения, которая иногда оказывается достаточной для понимания сущности явления. Дополнительным примером подобного подхода является рис. 1.8 (см. цв. вклейку) [130], на котором представлена картина визуализации вихрей на подветренной стороне косорасположенного цилиндра с ожи-вальной носовой частью при <р = 60° (справа), полученная в гидродинамической трубе ONER А путем введения в изучаемую область струй цветной жидкости и воздушных пузырьков. Световой нож располагался в плоскости, перпендикулярной образующей цилиндра. Для сравнения слева приведен обычный снимок головы совы. Эти фотографии не требуют комментария. Отметим лишь, что они свидетельствуют не только о мастерстве авторов, но и об их незаурядной наблюдательности, пытающихся найти яркие аналогии гидродинамическим явлениям в природе. [c.40]

Большую пользу могут принести ОЗТ в сочетании с другими более традиционными методами (термокрасками различными способами визуализации течений) для исследования тепловых режимов на поверхности тела сложной геометрической формы. К таким задачам относится изучение теплообмена при наличии отрывных зон, щелевых эффектов, [c.24]

Непосредственно скорость движения жидкости измеряется методом визуализации потока [7, 25]. Отдельные небольшие части жидкости отмечают тем или иным способом с помощью различных реперов . Например, на поверхность жидкости помещают легкие твердые нерастворимые частицы, подкрашивают отдельные струи жидкости или газа, изменяют оптические свойства газа местным нагреванием и т. д. Метод визуализации очень удобен при исследовании распределения скоростей в потоке [15, 17] и является единственным способом определения скорости течения при малых ее значениях, когда закон Бернулли неприменим. [c.27]

Оптические методы не обеспечивают визуализацию потоков холодного газа, которые сопутствуют выхлопу. Кроме того, оптическое поле-прибора ИАБ-4 51 явно недостаточно, чтобы охватить полную картину выхлопа, имеющую масштаб в несколько метров. Поэтому для изучения течений, возникающих при выхлопе, применялся метод треков [78],. который был модифицирован применительно к импульсным струям. С этой целью перед выхлопным отверстием импульсной камеры на горизонтальной поверхности располагались частицы пенопласта с характерным размером 6—8 мм или производилась сплошная насыпка частиц, бумаги размером 2 мм. При выхлопе частицы подхватывались потоком [c.86]

Рассмотрены также случаи /02 = и I02 < в последнем случае использовался метод визуализации. В этом случае в верх-дей части образуется нисходящее, а в нижней — восходящее течения. Эти два противоположно направленных потока встречаются и отрываются от поверхности в сечении, положение которого зависит от уровней температуры и относительной высоты двух участков поверхности. Такая конфигурация течения представляет интерес и в индуцированных выталкивающей силой течениях, возникающих в термически стратифицированных средах, где верхняя часть поверхности может быть холоднее, а дижняя — горячее, чем окружающая среда. Такая ситуация имеет место около стен помещения, в котором находится камин или печь, так как в этом случае образуется горячий слой воздуха, расположенный над более холодным. Этот случай рассмотрен в докладе [51] он обсуждается в разд. 14.8. Чжэнь и Эйчхорн [9] также рассмотрели такую конфигурацию течения в случае изотермической поверхности в линейно стратифицированной окружающей среде воздуха или воды. [c.157]

Экспериментально и теоретически исследовалась также устойчивость течений около наклонных поверхностей, которые отличаются от тех, что рассматривались в предыдущем разделе, В работе [99] угол отклонения поверхности 0 от вертикали варьировался от 60° при нагреве верхней стороны поверхности до —80° при нагреве нижней стороны поверхности, С помощью термопар и визуализации течения шлирен-методом были обнаружены такие же возмущения в виде волн, как и в течениях около вертикальной поверхности. При визуализации течения в работе [144] наблюдались продольные вихри при 0 15°. Дальнейшие исследования [97] показали, что при 0 < 14° формой неустойчивости являются волны, а при 0 17° — вихри. В промежуточной области значений 14° 0 17° наблюдаются оба типа неустойчивости, [c.125]

Интересно применение маскирующих дымов в лабораторной практике с целью визуализации воздушных потоков В приборе Престона и Свитинга при менено одно удачное устройство являющееся по существу миниатюрным гене ратором масляного дыма К резервуару с маслом присоединена электрически на греваемая металлическая трубка а к иеи привинчиваются сопла разного раз мера Во время работы пары масла с большой скоростью вырываются из сопла и конденсируются в виде дыма плотность и качество которого можно регули ровать Масляный дым не вызывает коррозии и не оказывает раздражающего действия поэтому запах его можно терпеть если даже он присутствует в зна чительных концентрациях Этот метод применяется в аэродинами геских трубах в частности для визуализации течения в пограничном слое при больших числах Рейнольдса (см также ) [c.412]

Возникновение неустойчивого течения расплавов полиэтилена низкой плотности обычно связывают с влиянием входа [78, 82, 174, 186, 18 , 192, 193, 196]. Для изучения влияния входа использовались различные методы визуализации потока [78, 79, 192, 196], при помощи которых было показано, что перед плоским входом в капилляр в резервуаре возникают кольцевые вихри, вызывающие циркуляционное течение в мертвой зоне (зоне застоя). При опрё- [c.107]

К генерационному аспекту проблемы турбулентности относятся причины возникновения турбулентности и механизм ее поддержания. В процессе генерации преобладает детерминистическое начало, поэтому статистические методы здесь вообще не пригодны [95]. Впервые организованные (когерентные) структуры были экспериментально обнаружены в турбулентных течениях с помощью методов визуализации. В дальнейшем в их изучении важную роль сыграл предложенный Фавром [93] метод измерения пространственно-временных корреляций [c.188]

III. В последнее время визуализацию воздушных потоков часто проводят методом дымящей проволочки (см., например, [121, 122]). Хотя идея визуализации таким способом возникла давно, ее первая реализация, по-видимому, изложена в [123] и несколько позже в [124]. Суть метода в следующем. Вольфрамовая проволока диаметром до 60—80 мкм натягивается в исследуемой области перпендикулярно плоскости основного течения. Перед экспериментом проволока смазывается тонким слоем смеси, состоящей из силиконового, трансформаторного или какого-либо другого масла с добавлением нефтесодержащих веществ. Вследствие высокого поверхностного натяжения нанесенная смесь собирается на нити в отдельные часто расположенные маленькие капли. Если в процессе эксперимента подавать на нить ток короткими импульсами, то образующееся при этом облако из частичек газа и дыма будет сноситься вместе с основным потоком с образованием дымовых нитей, поведение которых дает представление об особенностях течения. При этом возмущенность среднего течения здесь, по-видимому, минимальна по сравнению с другими аналогичными методами визуализации потока. Однако требуется особая тщательность при нанесении смеси на проволоку, прежде всего с точки зрения равномерности наносимого слоя. Наличие, например, отдельных слишком крупных капель приведет к тому, что они могут сорваться с нити без образования дыма. [c.39]

Вопрос о состоянии пограничного слоя на обтекаемой конфигурации типа крыло — фюзеляж представляет интерес прежде всего для понимаиия отличительных особенностей характера течения в модельном эксперименте и на реальном самолете и обеспечения сходных условий формирования потока на модели и натуре с целью последующего проведения основных экспериментов. Поэтому на начальном этапе исследований наибольшее внимание уделяется анализу состояния и характера развития пристенного течения, реализующегося при обтекании базовой (исход1ЮЙ) конфигурации. Вероятно, самый быстрый способ, с помощью которого можно получить, по крайней мере, качественную информацию — это визуализация течения вблизи поверхности модели. К сожалению, эффективная визуализация при низких дозвуковых скоростях традиционными методами нередко затруднительна. В этом случае информация о профилях продольной компоненты пульсаций скорости в пограничном слое крыла и фюзеляжа или о распределении этой величины вдоль линии, отстоящей от стенки на расстоянии, равном примерно толщине вытеснения, может принести несомненную пользу. В частности, на рис. 4.8 проиллюстрированы результаты измерения профиля продольной компоненты пульсаций скорости в области течения достаточно удаленной по размаху крыла, где взаимодействие пограничных слоев крыла и фюзеляжа отсутствует. Более подробные данные подобного рода измерений пригодны далее для построения кривых ламинарно-турбулентного перехода пограничного слоя по длине модели. Пример такого представления продемонстрирован на рис. 4.9 в виде зависимости полученной [c.222]

Грибообразные факелы периодически поднимаются над нагретой медной пластпной. Визуализация структуры течения проведена электрохимическим методом с использованием голубой краски, [c.192]

Метод жидкокристаллической термографии не является универсальным, однако есть области, где только этот метод может дать быструю и достаточну ю информацию о поле температур. Это гфежде всего области, где требуется панорамное изображение температур без нарушения исследуемой поверхности, когда исследу емая область настолько мала, что не представляется возможным препарирование ее термодатчиками, сенсорами и другими приборами. К таким областям можно отнести неразрушающий контроль качества различных материалов. Это быстрый и дешевый метод отбраковки изделий электронной техники, выпрямителей, интегральных и печатных плат, транзисторов. ЖКК с холестериками широко используются для визуализации невидимых излучений (контроль ИК - лазеров, визуализация аэродинамического нагрева при изучении перехода от ламинарного течения в турбулентное и др.). [c.154]

Изучение физической картины процессов очистки проводилось нз основе анализа кинофильмов, полученных путем скоростной съемки. Визуализация процессов очистки осуществлялась теневым прибором ИАБ-451. Применялся, в частности, прямотеневой метод, который позволял визуализировать движение пылевого облака, отдельных крупных образований и частиц. Кроме киносъемки проводилась также фотосъемка поверхности образца после окончания цикла очистки. Для количественной оценки процесса очистки образец взвешивался до и после каждого цикла очистки, измерялась толщина остаточного слоя. Эксперименты проводились на моделях, в которых использовались стандартные трубки диаметром 28 мм и длиной 0,15—0,2 м. Слой отложений формировался на них из влажной пыли с последующим его прогревом в течение 3—4 ч при температуре 60—70°С. В (экспериментах использовалась пыль двух различных классов — типа золбг твердых топлив и плавильная (мартеновская печь). В большинстве экспериментов критическая скорость раздува для образцов с золой составляла около 50 м/с, для образцов с плавильной пылью—140 м/с, или соответственно 0,9 и 1,8 кПа. Прочность слоя иа разрыв по глубине слоев в этих опытах не определялась и была принята монотонно возрастающей к поверхности трубы. [c.61]

Для визуализации процесса очйстки наиболее эффективен прямотеневой метод. Он хотя и не обеспечивает визуализацию холодных газовых потоков, но дает четкую картину границы -пылевого облака после воздействия ударной волны или струи газа на слой. Таким образом, оптические методы исследования являются наиболее продуктивными при изучении физических процессов импульсной очистки поверхностей нагрева котлов-утилизаторов. Они позволяют исследовать характер горения, газодинамику течений и ударных волн, генерируемых импульсной камерой, вскрыть механизм очистки, проверить расчетные модели. [c.87]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология