4.1.1.2 Теневые и интерференционные методы

Прямое скоростное и высокоскоростное фотографирование явления в собственном свете дает важную информацию о развитии процесса горения, однако более полную информацию можно получить при использовании оптических методов контроля, основанных на взаимодействии проходящего света с исследуемым объемом газа.

Оптической неоднородностью, или шлирой, называют малую область в прозрачной среде, которая вызывает нерегулярные отклонения проходящего через нее света. Нерегулярные отклонения света в различных точках шлиры вызываются изменением показателя преломления среды или изменением толщины прозрачного тела, или по обеим этим причинам. Характерными примерами шлир являются конвективные потоки воздуха от нагретых тел, фронт пламени и детонационной волны, ударные волны.

Основная идея теневых и интерференционных методов контроля процессов горения состоит в следующем: при прохождении через неоднородность световой луч отклонится на некоторый угол от первоначального направления распространения. Соответствующие оптические системы позволяют определить либо время запаздывания пришедшего луча, либо угол отклонения пришедшего луча от

первоначального направления распространения, либо смещение точки падения светового луча на экране.

По измеренным величинам становится возможным в каждой точке неоднородности вычислить показатель преломления среды. Зная показатель преломления среды в каждой точке с помощью известных соотношений можно рассчитать соответствующие значения других параметров среды. Метод исследования оптических неоднородностей, основанный на измерении времени запаздывания, называется интерференционным методом; основанный на измерении отклонения — методом Теплера или шлирен-методом; основанный на измерении смещения — теневым методом.

К недостаткам этих методов контроля можно отнести невозможность проведения точных количественных исследований структуры оптической неоднородности, необходимость дальнейших расшифровок тенеграмм и интерферограмм и недостаточную информативность, как в случае фотографического метода контроля.

4.1.1.3 Контроль процесса горения путем измерение скорости потока газа

Измерение скоростей в потоках газа при горении представляет большие трудности. Любые датчики, введенные в сверхзвуковое пламя, вызывают образование ударных волн, значительно изменяющих поток, где замеряется скорость, а сами датчики подвергаются действиям высокой температуры и механических сил от потока горящего газа, которые часто разрушают их.

Одним из наиболее простых методов измерения скоростей газа является создание в движущемся газе «метки», перемещающейся вместе с потоком. Меткой служит небольшой объем газа, нагретый искровым разрядом, или ионное облачко, созданное тем же разрядом. В зависимости от характера «метки» используется тот или иной способ регистрации ее движения. За движением нагретого объема газа удобно следить оптическим методом, позволяющим не только непрерывно регистрировать изменение положения «метки» в пространстве, но и визуально наблюдать другие гидродинамические неоднородности потока.

Оптический метод регистрации с успехом использовался для определения профиля скорости потока газа, изучения пограничного слоя, измерения турбулентных характеристик потока.

Недостатками этого метода контроля являются недостаточная его информативность и возникновение возмущений в исследуемой среде, что может привести к изменению ее свойств.