ОПТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПОДЪЁМНЫХ ТЕЧЕНИЙ С РЕКОНСТРУКЦИЕЙ

ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКА В ЗАДАЧАХ

ТЕРМОГРАВИТАЦИОННОЙ КОНВЕКЦИИ

Автор , ФТФ, ФО-21

Научный руководитель д. т.н., доцент

Методами гильберт-оптики и сдвиговой интерферометрии исследована структура плавучих струй, индуцированных в сильно вязкой жидкости внезапно включенным тепловым источником. Также выполнены экспериментальные исследования процессов формирования и эволюции конвективных структур под горизонтальной охлаждающей поверхностью и на границе вода–лёд. Показана возможность реконструкции температурного поля и поля скоростей струи в приближении плоской задачи.

Ключевые слова: оптическая диагностика потоков, гильберт–оптика, интерферометрия, термогравитационная конвекция, плавучие струи.

В среде MatLab разработан пакет программ, выполняющий обработку экспериментальных данных, полученных методами сдвиговой интерферометрии и гильберт-оптики на оптическом измерительном комплексе на базе прибора ИАБ–463М с модернизированным осветительным модулем, узлами фильтрации оптического сигнала и регистрации изображения. Комплекс представляет собой адаптированную к поставленной задаче оптическую систему, описанную в работе: , , . Оптическая диагностика структуры и эволюции плавучих струй в сильно вязкой жидкости. // Автометрия. – 2014. – Т. 50, № 5. – С 47–55.

Предложен метод восстановления температурного поля плюма по сдвиговым интерферограммам, основанный на аппроксимации интерференционных полос полиномами Бернштейна.  По найденному температурному полю, вычисляются гильберт–образ и интерферограммы сдвига, которые затем сопоставляются с экспериментально полученными гильберт–изображением и интерферограммами. Параметрическое задание интерференционных полос полиномами Бернштейна позволяет визуализировать градиенты температуры и вычислить тепловой поток через границы областей, задаваемых интерференционными полосами, во всем временном диапазоне подъема плюма.

Разработан способ определения поля скорости движения визуализированных конвективных структур, представленных последовательностью кадров видеофильма с известным межкадровым интервалом, основанный на аппроксимации интерференционных полос кривыми Безье, нормали к которым в заданных точках отображают вектора скоростей для гильберт-изображений конвективных структур.

Рис. 1. Экспериментальная и смоделированная интерферограммы сдвига

Рис.2. Восстановленные температурные поля по интерферограмме  сдвига

Рис. 3. Поле скорости плюма (a) и соответствующие полю скоростей линии тока (b)

Рис. 4. Процесс выхолаживания верхней границы и формирования слоя льда