Введение к работе
Актуальность проблемы. Задачи контроля параметров движущихся фед возникают в различных областях науки и промышленности. Для осуществления такого контроля разработано много различных методов и приборов. Однако, для решения целого класса задач применение традиционных методов оказываются затруднительным или невозможным по ряду причин. К таким задачам относятся, например, исследования потоков различных фед в больших объемах при малых скоростях течения, при неустойчивых режимах течения. Необходимость решения таких задач часто возникает в энергетике, химической промышленности, при исследовании движения воздушных масс в жилых и производственных помещениях, в оптике при испытаниях крупногабаритных оптических изделий на воздушных коллиматорах, когда необходимо проводить диагностику неизотермической феды в большом объеме.
При модельном исследовании с успехом, могут быть применены такие методы, как доплеровская анемометрия, позволяющая получать результаты с малой погрешностью в широком диапазоне скоростей. Однако, практическая реализация данного метода для больших объемов отличается технической сложностью, ее стоимость может оказаться выше стоимости эксплуатации исследуемой технической системы. Использование термоанемометров для исследования естественноконвективных потоков в больших объемах также затруднительно, так как погрешность измерения скорости может оказаться на уровне измеряемой величины из-за нагрева чувствительного элемента и неопределенности направления течения в контрольной точке. Сложным является восстановление связанной картины течения в большом объеме по результатам таких измерений в отдельных точках.
Таким образом, актуальной является разработка методов наблюдения процессов конвекции в больших объемах с неизотермической фед ой.
Результаты таких исследований могут быть с успехом применены для ряда других областей, например, для исследования течений в нагретых трубах и каналах, движения воздушных масс в жилых и производственных помещениях, в слоях жидкости, заключенных между параллельными пластинами, в энергетике при отводе тепла к системам накопления и хранения энфгии, при контроле процессов сжигания отходов и сепарации продуктов сжигания на основе техники псевдоожижения, и т.д.
Цель работы. Разработка метода измерения распределений скоростей потоков в газовых и жидкостных объемах, применение этого метода для оценивания характера конвективных течений.
Задачи исследования:
разработка метода измерения распределений скоростей конвективных потоков в газовых и жидкостных объемах;
разработка рекомендаций по практическому применению метода;
проведение экспериментов на крупногабаритном воздушном оптическом стенде - коллиматоре с целью изучения особенностей естественноконвективного движения воздуха в рабочем объеме стенда;
восстановление структуры конвективного течения на основе разработанного метода и теории детерминированного хаоса;
оценка искажений, вносимых движущейся средой в результаты испытаний оптических элементов на крупногабаритном воздушном коллиматоре по данным наблюдений конвективных потоков воздуха в рабочем объеме коллиматора;
исследование конвективных течений в прямоугольной полости на основе разработанного метода, сравнение полученных результатов с известными данными и оценка возможностей метода.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
разработан метод измерения распределений скоростей потоков в газовых и жидкостных объемах;
предложена методика определения характера и структуры конвективного течения в ограниченном объеме на основе разработанного метода и теории детерминированного хаоса.
Практическая ценность проведенного исследования состоит в следующем:
разработан метод и устройство, позволяющие получить распределение скоростей потоков воздуха в ограниченных объемах, являющихся составной частью технических систем, в частности, крупногабаритных воздушньк оптических систем, производственных и жилых помещений;
разработанный метод позволяет определить характер течения газов или жидкостей в ограниченных объемах;
разработанный метод позволяет увеличить достоверность оптических измерений на крупногабаритньк оптических стендах и понизить затраты на проведение испытаний;
модификация метода позволила получить данные по движению постороннего объекта в псевдоожиженном слое и определить области его наиболее вероятного нахождения.
Основные научно- методические разработки, представленные в диссертации внедрены в ВНЦ 'ТОЙ им.С.И.Вавилова". На защиту выносятся:
метод измерения распределений скоростей в газовых и жидкостных объемах;
методика определения структуры конвективного течения и определения режима течения в ограниченных объемах на основе теории детерминированного хаоса.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на конференции "Прикладная Оптика -96"; на XXIX Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава (СПбГИТМО, 1997).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 6 работах, включая 1 патент на изобретение.
Структура її объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы и 9 приложений. Она содержит 2/2 страниц машинописного текста, /ОО рисунков, и -J таблиц. Список литературы включает &У наименований.