RU2306570C1 - Method of visualization of the flow limiting lines and the distribution of the friction stress on the surface of the object in the gas medium or the liquid medium - Google Patents
Method of visualization of the flow limiting lines and the distribution of the friction stress on the surface of the object in the gas medium or the liquid medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2306570C1 RU2306570C1 RU2006100470/28A RU2006100470A RU2306570C1 RU 2306570 C1 RU2306570 C1 RU 2306570C1 RU 2006100470/28 A RU2006100470/28 A RU 2006100470/28A RU 2006100470 A RU2006100470 A RU 2006100470A RU 2306570 C1 RU2306570 C1 RU 2306570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distribution
- viscous liquid
- liquid
- particles
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экспериментальной аэро- и гидродинамики, в частности к оптическим способам исследований структуры потока газа или жидкости на поверхности объектов. Визуализация поверхностных течений позволяет определять предельные линии тока, наличие и формы областей отрыва пограничного слоя, скачков уплотнения, положение линии перехода пограничного слоя, а также получать представление о распределении напряжения трения.The invention relates to the field of experimental aerodynamics and hydrodynamics, in particular to optical methods for studying the structure of a gas or liquid flow on the surface of objects. Visualization of surface flows allows one to determine the limiting streamlines, the presence and shape of the regions of separation of the boundary layer, shock waves, the position of the transition line of the boundary layer, and also to get an idea of the distribution of the friction stress.
Известен и широко применяется в мире для визуализации поверхностных течений метод жидкой пленки ("Авиация: Энциклопедия", М., Большая Российская Энциклопедия, 1994, с.137). В данном методе визуализирующая жидкость равномерно наносится на поверхность исследуемой модели перед опытом. Под действием внешнего потока слой жидкости утоньшается там, где на поверхность действуют большие силы трения, и, напротив, жидкость собирается там, где трение отсутствует - в зонах отрыва потока. Добавление в жидкость твердой примеси позволяет визуализировать предельные линии тока. Визуализирующая жидкость может наноситься не сплошным слоем, а точками. Направление растекания точек совпадает с предельными линиями тока, а величина растекания дает представление о распределении напряжения трения по поверхности.The liquid film method is known and widely used in the world for visualizing surface currents (Aviation: Encyclopedia, Moscow, Big Russian Encyclopedia, 1994, p. 137). In this method, the imaging fluid is uniformly applied to the surface of the investigated model before the experiment. Under the action of an external flow, the fluid layer becomes thinner where large friction forces act on the surface, and, on the contrary, the fluid collects where there is no friction - in the zones of flow separation. The addition of a solid impurity to the liquid allows visualization of the limiting streamlines. The imaging fluid can be applied not in a continuous layer, but in dots. The direction of spreading of the points coincides with the limiting streamlines, and the spreading value gives an idea of the distribution of the friction stress over the surface.
Недостатком метода жидких точек является то, что на результаты визуализации распределения напряжения трения оказывает влияние неравномерность толщины точек вязкой жидкости, нанесенных на поверхность. Общим недостатком известных классических методов жидкой пленки является их одноразовость, то есть, одна подготовка исследуемого объекта позволяет осуществить визуализацию поверхностного течения только для одного режима обтекания. Картина предельных линий тока, полученная в потоке, не может быть устранена иначе, чем смыванием визуализирующего слоя и повторной подготовкой исследуемого объекта к исследованию другого режима обтекания. Недостатком является также необходимость достаточно большого времени удержания режима потока для визуализации картины обтекания, много большего времени выхода на режим, для того чтобы уменьшить вклад нерасчетного режима в итоговую картину обтекания. Указанные недостатки приводят к высоким затратам времени, сил и средств, необходимых для проведения полного цикла исследований одного объекта.The disadvantage of the liquid point method is that the uneven thickness of the points of a viscous liquid deposited on the surface affects the results of visualizing the distribution of the friction stress. A common drawback of the known classical methods of liquid film is their disposability, that is, one preparation of the studied object allows visualization of the surface flow for only one flow regime. The picture of the limiting streamlines obtained in the stream cannot be eliminated otherwise than by washing off the visualizing layer and re-preparing the object under study for studying another flow regime. The disadvantage is the need for a sufficiently large retention time of the flow mode to visualize the flow pattern, a much longer time to exit to the mode in order to reduce the contribution of the off-design mode to the final flow pattern. These shortcomings lead to high costs of time, effort and funds necessary for a full cycle of research of one object.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ визуализации течения газа или жидкости путем нанесения на исследуемую поверхность объекта слоя вязкой жидкости с введенными в нее нерастворимыми твердыми оптически инородными частицами, помещения объекта в поток газа или жидкости, регистрации при интересующем режиме потока газа или жидкости двух или более последовательных изображений распределения твердых частиц на исследуемой поверхности объекта, определения направления и величины смещения частиц в слое вязкой жидкости путем анализа зарегистрированной последовательности изображений и восстановления из полученных параметров движения частиц картины течения газа или жидкости на поверхности объекта (В.Е.Мошаров, А.А.Орлов, В.Н.Радченко, "Использование корреляции в методе визуализации поверхностных течений масляной пленкой", труды конференции "Оптические методы исследования потоков", г.Москва, 2005).Closest to the claimed method is a method for visualizing the flow of gas or liquid by applying a layer of a viscous liquid with insoluble solid optically foreign particles introduced onto the object’s surface, placing the object in a gas or liquid stream, recording two or more gas or liquid flows in the mode of interest sequential images of the distribution of solid particles on the studied surface of the object, determining the direction and magnitude of the displacement of particles in a layer of viscous liquid by analysis of the recorded sequence of images and restoration of the pattern of gas or liquid flow on the surface of the object from the obtained particle motion parameters (V.E. Mosharov, A.A. Orlov, V.N. Radchenko, "Using correlation in the method of visualizing surface flows with an oil film", proceedings of the conference "Optical methods for the study of flows", Moscow, 2005).
По направлению смещения частиц восстанавливаются предельные линии тока, а по величине смещения можно судить о распределении напряжения трения. Так как твердые частицы не растворяются в вязкой жидкости, они не оставляют треков, а перемещаются вместе с вязкой жидкостью под действием внешнего потока не меняя своего состояния. В связи с тем, что картина течения газа или жидкости на поверхности объекта восстанавливается из анализа последовательности изображений распределения частиц на поверхности объекта при интересующем режиме, и на поверхности объекта не появляется остаточной картины поверхностного течения, объект может быть повторно использован без дополнительной подготовки для исследования другого режима обтекания.The limiting streamlines are restored in the direction of particle displacement, and the distribution of friction stress can be judged by the magnitude of the displacement. Since solid particles do not dissolve in a viscous liquid, they do not leave tracks, but move together with a viscous liquid under the action of an external flow without changing their state. Due to the fact that the picture of the flow of gas or liquid on the surface of the object is restored from the analysis of the sequence of images of the distribution of particles on the surface of the object under the mode of interest, and the residual picture of the surface flow does not appear on the surface of the object, the object can be reused without additional preparation for studying another flow mode.
Недостатком данного способа является невозможность получения распределения напряжения трения.The disadvantage of this method is the inability to obtain a friction stress distribution.
Под действием сил трения вязкая жидкость, нанесенная на объект, движется по поверхности с линейным профилем скорости (течение Куэтта), скорость на внешней границе вязкой жидкости V зависит от напряжения трения в потоке τ и вязкости жидкости μ, а также от толщины слоя вязкой жидкости h и определяется формулойUnder the action of friction forces, a viscous fluid deposited on an object moves along a surface with a linear velocity profile (Couette flow), the velocity at the outer boundary of a viscous fluid V depends on the friction stress in the flow τ and fluid viscosity μ, as well as on the thickness of the viscous fluid layer h and is determined by the formula
Скорость перемещения частиц и, следовательно, величина смещения частиц l между кадрами, зарегистрированными через промежуток времени Δt, прямо пропорциональна напряжению трения и толщине слоя вязкой жидкости, если частицы плавают на поверхности вязкой жидкости.The particle velocity and, consequently, the particle displacement l between frames recorded after a time interval Δt, is directly proportional to the friction stress and the thickness of the layer of viscous liquid if the particles float on the surface of a viscous liquid.
Если частицы равномерно распределены в слое вязкой жидкости, то среднее смещение частиц также пропорционально толщине слоя вязкой жидкости. Таким образом: τ~l/h, причем направление величины напряжения трения совпадает с направлением смещения частиц.If the particles are evenly distributed in the viscous fluid layer, then the average particle displacement is also proportional to the thickness of the viscous fluid layer. Thus: τ ~ l / h, and the direction of the magnitude of the friction stress coincides with the direction of the displacement of the particles.
В известном способе толщина слоя вязкой жидкости не анализируется.In the known method, the thickness of the layer of viscous liquid is not analyzed.
Задачей предлагаемого изобретения является визуализация не только предельных линий тока, но и распределения напряжения трения на поверхности объекта.The task of the invention is to visualize not only the limiting streamlines, but also the distribution of the friction stress on the surface of the object.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе визуализации течения газа или жидкости на поверхности объекта, заключающемся в нанесении на исследуемую поверхность объекта слоя вязкой жидкости, введении на поверхность или в толщу вязкой жидкости нерастворимых в ней твердых оптически инородных частиц, помещении объекта в поток газа или жидкости, регистрации при интересующем режиме потока газа или жидкости двух или более последовательных изображений распределения твердых частиц на исследуемой поверхности объекта, определении параметров движения твердых частиц в слое вязкой жидкости путем анализа зарегистрированной последовательности изображений и восстановлении из полученных параметров движения частиц картины течения газа или жидкости на поверхности объекта, дополнительно определяют распределение толщины слоя вязкой жидкости на поверхности объекта и нормируют распределение величины перемещения частиц на распределение толщины слоя вязкой жидкости, восстанавливая таким образом картину распределения напряжения трения на поверхности объекта.The solution of this problem is achieved by the fact that in the known method of visualizing the flow of gas or liquid on the surface of the object, which consists in applying a layer of viscous liquid to the surface of the object to be studied, introducing insoluble solid optically foreign particles insoluble in it onto the surface or thickness of the viscous liquid, placing the object in a stream gas or liquid, recording, in the mode of gas or liquid flow of interest, two or more consecutive images of the distribution of solid particles on the studied surface of the object, determining the motion parameters of solid particles in a layer of viscous liquid by analyzing the recorded sequence of images and restoring the flow pattern of gas or liquid from the obtained particle motion parameters on the surface of the object, additionally determine the distribution of the thickness of the layer of viscous liquid on the surface of the object and normalize the distribution of the magnitude of the movement of particles on the distribution of the layer thickness viscous fluid, thus restoring the pattern of friction stress distribution on the surface ta.
Распределение толщины слоя вязкой жидкости может находиться путем подсчета поверхностной плотности частиц при их равномерном распределении в объеме вязкой жидкости.The distribution of the thickness of the layer of viscous liquid can be found by counting the surface density of the particles with their uniform distribution in the volume of the viscous liquid.
Если частиц мало (велика статистическая погрешность подсчета количества частиц), или, наоборот слишком много (отдельные частицы не разрешаются), то можно применить люминесцирующую вязкую жидкость для визуализации ее толщины. Интенсивность люминесценции слоя такой жидкости пропорциональна ее толщине и интенсивности возбуждающего излучения. Интенсивность возбуждения должна быть постоянной во всех точках исследуемой поверхности или известной, например измеренной независимым образом.If there are few particles (the statistical error in counting the number of particles is large), or, conversely, too many (individual particles are not allowed), then a luminescent viscous liquid can be used to visualize its thickness. The luminescence intensity of a layer of such a liquid is proportional to its thickness and the intensity of the exciting radiation. The intensity of the excitation should be constant at all points of the test surface or known, for example, measured independently.
Если обеспечить постоянство или измерение распределения возбуждающего излучения на поверхности исследуемого объекта невозможно или затруднительно, то для нахождения распределения возбуждающего излучения на поверхности поверхность исследуемого объекта предварительно окрашивается люминесцентной краской оптически толстым слоем. Тогда распределение люминесценции данной краски будет являться распределением интенсивности возбуждающего излучения. Исследуемый объект, в данном случае, освещают излучением, возбуждающим люминесценцию как краски, так и вязкой жидкости, раздельно регистрируют распределения люминесценции краски и слоя вязкой жидкости на поверхности объекта и из отношения интенсивности люминесценции вязкой жидкости к интенсивности люминесценции краски в каждой точке поверхности объекта находят распределение толщины слоя вязкой жидкости. Раздельная регистрация распределений интенсивности люминесценции вязкой жидкости и краски на поверхности объекта возможна, если люминесценция вязкой жидкости и краски различаются спектрально или кинетически (по времени затухания люминесценции).If it is impossible or difficult to ensure the constancy or measurement of the distribution of the exciting radiation on the surface of the studied object, then to find the distribution of the exciting radiation on the surface, the surface of the studied object is pre-painted with an optically thick layer of luminescent paint. Then the luminescence distribution of this paint will be the distribution of the intensity of the exciting radiation. The studied object, in this case, is illuminated with radiation that excites the luminescence of both the paint and the viscous liquid, the luminescence distributions of the paint and the layer of viscous liquid on the surface of the object are separately recorded, and from the ratio of the luminescence intensity of the viscous liquid to the luminescence intensity of the paint, the distribution thickness of a layer of viscous fluid. Separate registration of the distributions of the luminescence intensity of a viscous liquid and paint on the surface of an object is possible if the luminescence of a viscous liquid and paint is different spectrally or kinetically (by the luminescence decay time).
Для исключения влияния слоя вязкой жидкости на возбуждение краски на поверхности объекта предпочтительно выбирать краску так, чтобы ее спектр возбуждения не перекрывался со спектрами возбуждения и люминесценции вязкой жидкости.To exclude the influence of a layer of viscous liquid on the excitation of paint on the surface of an object, it is preferable to choose a paint so that its excitation spectrum does not overlap with the excitation and luminescence spectra of the viscous liquid.
На фиг.1 приведено изображение модели крыла в воздушном потоке с нанесенным на ее поверхность слоем вязкой жидкости, содержащим оптически контрастные частицы.Figure 1 shows the image of the model of the wing in the air stream with a layer of viscous liquid containing optically contrasting particles deposited on its surface.
На фиг.2 приведена картина предельных линий тока на поверхности крыла, восстановленная из двух последовательных изображений распределения частиц.Figure 2 shows a picture of the limiting streamlines on the wing surface, restored from two consecutive images of the distribution of particles.
На фиг.3 приведена картина предельных линий тока на поверхности крыла, совмещенных с распределением напряжения трения, представленного в градациях серого цвета (большая яркость соответствует большему напряжению трения).Figure 3 shows a picture of the limiting streamlines on the wing surface, combined with the distribution of the friction stress presented in gray gradations (high brightness corresponds to a higher friction stress).
Осуществление предлагаемого способа рассмотрим на примере визуализации течения на верхней поверхности модели прямоугольного крыла, помещенного в воздушный поток (фиг.1). Для реализации способа на поверхность прямоугольного крыла 1 наносится тонкий слой вязкой жидкости 2, содержащей твердые оптически инородные частицы, например, силиконового масла, содержащего частицы кристаллофосфора. Вязкость жидкости выбирается такой, чтобы смещение свободной поверхности слоя под действием внешнего потока за время проведения регистрации серии последовательных изображений на исследуемом режиме обтекания составляло порядка 0.1-1% от размера регистрируемой поверхности (в зависимости от разрешения приемника изображений). Наиболее удобно наносить вязкую жидкость, содержащую частицы, с помощью пульверизатора, предварительно разбавив ее до необходимой вязкости соответствующим растворителем. Толщина слоя вязкой жидкости после высыхания растворителя составляет порядка 20 мкм. С целью увеличения контрастности изображения частиц целесообразно использовать частицы кристаллофосфора, например, К-430 (Сульфид цинка активированный серебром). Этот кристаллофосфор возбуждается ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 400 нм и излучает синий свет с максимумом 430 нм. Типичный размер частиц кристаллофосфора 3-5 мкм. Количество частиц подбирается таким, чтобы обеспечить их визуальное разделение на регистрируемых изображениях.The implementation of the proposed method, we consider the example of visualization of the flow on the upper surface of the model of a rectangular wing placed in the air flow (figure 1). To implement the method, a thin layer of a viscous liquid 2 containing solid optically foreign particles, for example, silicone oil containing crystallophosphorus particles, is applied to the surface of a rectangular wing 1. The viscosity of the liquid is chosen so that the displacement of the free surface of the layer under the influence of an external flow during the registration of a series of consecutive images in the flow regime under study is about 0.1-1% of the size of the recorded surface (depending on the resolution of the image receiver). It is most convenient to apply a viscous liquid containing particles using a spray gun, after diluting it to the required viscosity with an appropriate solvent. The thickness of the layer of viscous liquid after drying the solvent is about 20 microns. In order to increase the contrast of the image of the particles, it is advisable to use particles of crystallophosphorus, for example, K-430 (zinc sulfide activated silver). This crystalline phosphorus is excited by ultraviolet radiation with a wavelength of less than 400 nm and emits blue light with a maximum of 430 nm. A typical particle size of crystallophosphorus is 3-5 microns. The number of particles is selected so as to ensure their visual separation in the recorded images.
После высыхания растворителя модель устанавливают в воздушный поток 3. После установления стабильного режима потока производится регистрация серии последовательных изображений распределения частиц (фиг.1). При использовании частиц кристаллофосфора регистрируют изображение люминесцирующих частиц. Люминесценция частиц возбуждается источником ультрафиолетового света, в частности лампой вспышкой, снабженной ультрафиолетовым светофильтром. Регистрацию изображений удобно проводить с помощью цифровой ПЗС-камеры и изображения сохранять в цифровом виде на компьютере.After the solvent has dried, the model is installed in the air stream 3. After establishing a stable flow regime, a series of sequential images of the particle distribution is recorded (Fig. 1). When using particles of crystallophosphorus record the image of luminescent particles. Particle luminescence is excited by a UV light source, in particular a flash lamp equipped with an ultraviolet light filter. Image registration is conveniently carried out using a digital CCD camera and the image is stored in digital form on a computer.
Для нахождения параметров движения частиц производится кросскорреляционный анализ двух изображений, снятых в разные моменты времени, при этом из кросскорреляционных функций для малых участков изображения (например, окна 32*32 элемента) находится матрица смещений отдельных элементов изображения. Каждый элемент этой матрицы представляет собой смещение соответствующего элемента изображения за время между экспозициями, при этом величина смещения пропорциональна напряжению трения в соответствующей точке поверхности, а вектор направления смещения касателен к предельной линии тока в данной точке. Анализ направлений векторов матрицы смещений элементов изображения позволяет восстановить траектории движения частиц, т.е. получить предельные линии тока (фиг.2) (известный способ).To find the parameters of particle motion, a cross-correlation analysis of two images taken at different points in time is performed, while from the cross-correlation functions for small image areas (for example, a 32 * 32 window of an element), a displacement matrix of individual image elements is found. Each element of this matrix represents the displacement of the corresponding image element during the time between exposures, with the displacement being proportional to the friction stress at the corresponding point on the surface, and the displacement direction vector is tangent to the limit current line at that point. An analysis of the directions of the vectors of the matrix of displacements of image elements allows us to restore the trajectories of particle motion, i.e. get the limiting streamlines (figure 2) (known method).
Если распределение толщины слоя вязкой жидкости известно (например, толщина одна и та же для всей исследуемой поверхности) или измерено каким-либо независимым способом (например, с помощью интерферометра), то распределение напряжения трения находится путем нормирования величин (модулей) векторов матрицы смещений элементов изображения на толщину слоя вязкой жидкости. Направление напряжения трения касательно к предельной линии тока. Обычно не удается при напылении получить слой вязкой жидкости одной толщины или измерить распределение толщины. Тогда для каждого участка изображения (например, того же окна 32*32 элемента) производится подсчет количества твердых частиц. Толщина слоя вязкой жидкости прямо пропорционально количеству частиц. Отношение величин (модулей) векторов матрицы смещений элементов изображения к количеству частиц в этом элементе дает величину, прямо пропорциональную напряжению трения (модулю вектора напряжения трения), т.е. позволяет визуализировать поле напряжения трения. На фиг.3 представлено поле напряжения трения на профиле, совмещенное с предельными линиями тока. Поле напряжения трения изображено в виде градаций серого цвета (большая яркость соответствует большему напряжению трения).If the distribution of the thickness of the layer of viscous fluid is known (for example, the thickness is the same for the entire investigated surface) or measured in some independent way (for example, using an interferometer), then the distribution of the friction stress is found by normalizing the magnitudes (modules) of the vectors of the matrix of displacements of the elements images on the thickness of a layer of viscous fluid. The direction of the friction stress is tangent to the limit current line. Usually, when spraying, it is not possible to obtain a layer of viscous liquid of the same thickness or to measure the distribution of thickness. Then, for each part of the image (for example, the same window 32 * 32 elements), the amount of solid particles is calculated. The thickness of the layer of viscous liquid is directly proportional to the number of particles. The ratio of the magnitudes (modules) of the vectors of the displacement matrix of the image elements to the number of particles in this element gives a value directly proportional to the friction stress (modulus of the friction stress vector), i.e. allows you to visualize the field of friction stress. Figure 3 presents the field of friction stress on the profile, combined with the limiting current lines. The field of friction stress is depicted in the form of gradations of gray color (high brightness corresponds to a greater friction stress).
Если частиц много и не удается их разделять для корректного подсчета их количества, то распределение толщины слоя вязкой жидкости можно определить по люминесценции вязкой жидкости, при условии, что поверхность исследуемого объекта освещают излучением, возбуждающим люминесценцию вязкой жидкости, с интенсивностью, имеющей известное распределение или равной для всех точек поверхности. С этой целью в вязкую жидкость можно специально ввести растворимый в нем органический люминофор, например в силиконовое масло может быть введен краситель «Кумарин-6». Этот краситель светится в зеленой области спектра (530 нм) и возбуждается излучением с длиной волны менее 500 нм, что позволяет легко разделить люминесценцию частиц и люминесценцию силиконового масла с помощью светофильтров. Для определения матрицы смещения частиц поверхность объекта освещается излучением с длиной волны 300-400 нм и регистрируются люминесцирующие твердые частицы через синий светофильтр. Изображение частиц высоко контрастно. Для измерения толщины пленки силиконового масла поверхность объекта освещается излучением с длиной волны в диапазоне 400-500 нм, при этом светится в основном силиконовое масло, окрашенное с помощью «Кумарина-6». Свечение частиц не мешает определению толщины слоя силиконового масла.If there are a lot of particles and it is not possible to separate them to correctly calculate their number, then the distribution of the thickness of the layer of viscous liquid can be determined by the luminescence of the viscous liquid, provided that the surface of the investigated object is illuminated by radiation that excites the luminescence of the viscous liquid with an intensity having a known distribution or equal to for all points on the surface. For this purpose, a soluble organic phosphor can be specially introduced into a viscous liquid, for example, the coumarin-6 dye can be introduced into silicone oil. This dye glows in the green region of the spectrum (530 nm) and is excited by radiation with a wavelength of less than 500 nm, which makes it easy to separate the luminescence of particles and the luminescence of silicone oil using light filters. To determine the particle displacement matrix, the surface of the object is illuminated by radiation with a wavelength of 300-400 nm and luminescent solid particles are recorded through a blue light filter. The image of particles is highly contrasted. To measure the thickness of a film of silicone oil, the surface of the object is illuminated by radiation with a wavelength in the range of 400-500 nm, while mainly silicone oil painted with Kumarin-6 glows. The luminescence of the particles does not interfere with the determination of the thickness of the silicone oil layer.
В качестве люминофора окрашивающего вязкую жидкость можно использовать частицы кристаллофосфора, уже содержащиеся в вязкой жидкости. В этом случае для каждого участка изображения в окне производится интегрирование интенсивности свечения частиц и вычисляется средняя интенсивность свечения окна. Отношение данной интенсивности к интенсивности возбуждения будет пропорционально толщине слоя вязкой жидкости.As a phosphor dyeing a viscous liquid, you can use particles of crystallophosphorus already contained in a viscous liquid. In this case, for each image section in the window, the intensity of particle luminescence is integrated and the average intensity of the window luminescence is calculated. The ratio of this intensity to the excitation intensity will be proportional to the thickness of the viscous liquid layer.
Если невозможно знать распределение возбуждающего излучения на поверхности исследуемого объекта, то для определения данного распределения поверхность объекта перед нанесением люминесцирующей вязкой жидкости покрывают люминесцирующей краской. Такая краска может быть изготовлена путем добавления к обыкновенной краске, например ЭП-140, кристаллофосфора Y2O2S:Eu. Этот кристаллофосфор возбуждается УФ-излучением с длиной волны менее 400 нм и излучает красный свет 640 нм при времени затухания люминесценции около 1 мс. При освещении поверхности объекта излучением с длиной волны 300-500 нм одновременно люминесцирует и данная краска и силиконовое масло на поверхности объекта, причем толщина пленки силиконового масла не влияет на интенсивность люминесценции краски, т.к. силиконовое масло, окрашенное «Кумарином-6», не поглощает свет, возбуждающий краску, и люминесценция «Кумарина-6» не возбуждает краску. Регистрируется раздельно люминесценция краски и силиконового масла, а отношение интенсивности люминесценции силиконового масла к интенсивности люминесценции краски пропорционально толщине пленки силиконового масла. Разделение люминесценции краски и силиконового масла может осуществляться спектрально с помощью светофильтров: КС-11 для регистрации люминесценции краски и комбинация СЗС-22 и ЖС-18 для регистрации люминесценции силиконового масла. Разделять люминесценцию краски и силиконового масла можно так же и по времени послесвечения при импульсном возбуждении. Кумарин-6 имеет очень короткое время послесвечения, порядка 10 нс, в то время как кристаллофосфор Y2O2S:Eu - 1 мс. Во время импульсного возбуждения регистрируется суммарное свечение силиконового масла и краски, а после окончания возбуждающего импульса регистрируется только свечение краски.If it is impossible to know the distribution of the exciting radiation on the surface of the test object, then to determine this distribution, the surface of the object is coated with a luminescent paint before applying a luminescent viscous liquid. Such a paint can be made by adding to the ordinary paint, for example EP-140, crystallophosphorus Y 2 O 2 S: Eu. This crystalline phosphorus is excited by UV radiation with a wavelength of less than 400 nm and emits red light of 640 nm at a luminescence decay time of about 1 ms. When illuminating the surface of an object with radiation with a wavelength of 300-500 nm, this paint and silicone oil simultaneously luminesce on the surface of the object, and the film thickness of silicone oil does not affect the luminescence intensity of the paint, because silicone oil stained with Kumarin-6 does not absorb light that excites the paint, and luminescence of Kumarin-6 does not excite the paint. Separately, the luminescence of the paint and silicone oil is recorded, and the ratio of the luminescence intensity of silicone oil to the luminescence intensity of the paint is proportional to the thickness of the silicone oil film. Separation of the luminescence of paint and silicone oil can be carried out spectrally with the help of light filters: KS-11 for registration of luminescence of paint and a combination of SZS-22 and ZhS-18 for registration of luminescence of silicone oil. The luminescence of paint and silicone oil can also be separated by the afterglow time upon pulsed excitation. Coumarin-6 has a very short afterglow time, of the order of 10 ns, while crystallophosphorus Y 2 O 2 S: Eu - 1 ms. During pulsed excitation, the total glow of silicone oil and paint is recorded, and after the end of the excitation pulse, only the glow of paint is recorded.
Описанный пример иллюстрирует применение предлагаемого способа для визуализации течения газа на поверхности объекта. С равным успехом данный способ может быть применен и для визуализации поверхностных течений жидкости при условии, что вязкая жидкость, наносимая на исследуемую поверхность, не растворяется в жидкости внешнего потока.The described example illustrates the application of the proposed method for visualizing the gas flow on the surface of an object. With equal success, this method can also be used to visualize surface fluid flows, provided that the viscous fluid applied to the test surface does not dissolve in the external flow fluid.
Благодаря тому, что частицы выбираются твердыми и нерастворимыми в вязкой жидкости, они не оставляют треков на исследуемой поверхности. Кроме того, для нахождения матрицы смещений достаточно относительно малых смещений частиц, а значит и слоя вязкой жидкости. Таким образом, состояние слоя вязкой жидкости с твердыми частицами изменяется несущественно за время исследования одного режима обтекания, и этот слой может быть использован для исследования следующего режима обтекания без необходимости остановки потока и повторной подготовки исследуемой поверхности. Кроме того, так как картина течения восстанавливается из анализа ряда изображений, снятых на исследуемом режиме течения, исключается влияние нерасчетного режима течения (например, во время запуска установки и установления режима течения) на конечный результат, что позволяет сократить время проведения исследования одного режима течения по сравнению с классическими методами визуализации. Указанные преимущества предложенного способа позволяют существенно сократить затраты сил, средств и времени на проведение полного цикла исследований объекта по сравнению с классическими методами визуализации.Due to the fact that the particles are selected solid and insoluble in a viscous fluid, they do not leave tracks on the test surface. In addition, to find the displacement matrix, relatively small displacements of the particles, and hence the viscous fluid layer, are sufficient. Thus, the state of a layer of a viscous liquid with solid particles changes insignificantly during the study of one flow regime, and this layer can be used to study the next flow regime without the need to stop the flow and re-prepare the test surface. In addition, since the flow pattern is reconstructed from the analysis of a number of images taken in the studied flow regime, the influence of the off-design flow regime (for example, during the installation start-up and establishment of the flow regime) on the final result is eliminated, which reduces the time required to study one flow regime by compared to classic imaging techniques. These advantages of the proposed method can significantly reduce the cost of effort, money and time to conduct a full cycle of research of the object in comparison with classical methods of visualization.
В то время как прототип дает картину только предельных линий тока, предложенный способ позволяет визуализировать еще и распределение напряжения трения на поверхности объекта. Предельные линии хорошо визуализируют области отрыва и присоединения потока, в то время как напряжение трения визуализирует переход пограничного слоя и в случае транс- и сверхзвуковых потоков скачки уплотнения.While the prototype gives a picture of only the limiting streamlines, the proposed method also allows you to visualize the distribution of the friction stress on the surface of the object. The limit lines well visualize the regions of separation and attachment of the flow, while the friction stress visualizes the transition of the boundary layer and, in the case of trans- and supersonic flows, shock waves.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100470/28A RU2306570C1 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Method of visualization of the flow limiting lines and the distribution of the friction stress on the surface of the object in the gas medium or the liquid medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100470/28A RU2306570C1 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Method of visualization of the flow limiting lines and the distribution of the friction stress on the surface of the object in the gas medium or the liquid medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2306570C1 true RU2306570C1 (en) | 2007-09-20 |
Family
ID=38695374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006100470/28A RU2306570C1 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Method of visualization of the flow limiting lines and the distribution of the friction stress on the surface of the object in the gas medium or the liquid medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2306570C1 (en) |
-
2006
- 2006-01-13 RU RU2006100470/28A patent/RU2306570C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Труды VIII Международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков" (ОМИП-2005). - М., 2005, МОШАРОВ В.Е., ОРЛОВ А.А., РАДЧЕНКО В.Н. Использование корреляции в методе визуализации поверхностных течений масляной пленкой. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Morris et al. | Aerodynamic applications of pressure sensitive paint | |
| US10733418B2 (en) | Apparatus, system, and method for image normalization using a Gaussian residual of fit selection criteria | |
| DE102005018170B4 (en) | Method and measuring arrangement for determining a pressure distribution on the surface of an object | |
| RU2306570C1 (en) | Method of visualization of the flow limiting lines and the distribution of the friction stress on the surface of the object in the gas medium or the liquid medium | |
| Mitsuo et al. | Advanced lifetime PSP imaging system for pressure and temperature field measurement | |
| DE102012107037B3 (en) | Crack detection and crack monitoring by means of luminescence | |
| US9292938B2 (en) | Methods and systems for image data processing | |
| Husen et al. | Global luminescent oil-film skin-friction meter generalized to three-dimensional geometry and applied to FAITH hill | |
| DE102008019756B4 (en) | Method for simultaneously measuring velocity and state parameter fields in a fluid flow | |
| Carlsson et al. | Theoretical investigation of the signal-to-noise ratio for different fluorescence lifetime imaging techniques | |
| Yorita et al. | Investigation of a pressure sensitive paint technique for ETW | |
| US10890521B2 (en) | Method of tracking a plurality of point-shaped objects in a three-dimensional space | |
| JP2023133152A (en) | Systems and methods for sanitizing surfaces, and devices and methods for detecting antimicrobial coating | |
| Kurihara et al. | Surface pressure measurements over a free flight object in a ballistic range facility using two-color pressure-sensitive paint | |
| Woike et al. | The investigation of shock wave boundary layer interactions using fast pressure sensitive paint and surface stress sensitive film measurement techniques | |
| US20090038407A1 (en) | Method of gas or liquid flow visualization on an object surface | |
| RU2297636C1 (en) | Method for visualization of gas or liquid flow on the surface of object | |
| RU2288476C1 (en) | Method for visualizing gas or liquid flow over object surface | |
| Kräuter et al. | High resolution 2-D fluorescence imaging of the mass boundary layer thickness at free water surfaces | |
| Mosharov et al. | Application of correlation analysis in surface flow visualization with oil film | |
| JP4788340B2 (en) | Manufacturing method of color filter | |
| Husen et al. | Global skin-friction measurements using particle image surface flow visualization and a luminescent oil-film | |
| Dhanagopal et al. | Global Surface Temperature Distribution on the Initial Concept 3. X Vehicle at Mach 7 | |
| Dong et al. | Image processing technique for determining the concentration of a chemical in a fluid-saturated porous medium | |
| RU2297635C1 (en) | Method for visualization of gas or liquid flow on the surface of mobile object |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160114 |