Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Расчет энергетических параметров лазерного излучения для реализации метода PIV
Авторы Мочалин Е. В., д.т.н., проф.
Браженко В. Н., асп.
Раздел Материалы конференции
Год 2014 Выпуск 43 Страницы 112 - 117
УДК 621.373.8
Аннотация В работе приведены результаты теоретических исследований связанных с методикой расчета энергетических параметров лазерного излучения, необходимых для реализации метода цифровой трассерной визуализации. Рассмотрены основные факторы, влияющие на эти параметры: характеристики приемника излучения, размер и коэффициент отражения трассирующих частиц, формирование лазерной плоскости. Приведены экспериментальные результаты реализации PIV.
Реферат Цель. Расчет оптимальных энергетических параметров лазерного излучения, которые необходимы для исследования потоков жидкостей и газов методом цифровой трассерной визуализации в выбранном сечении.
Методика. В работе использованы расчетно-аналитические, теоретические и экспериментальные методы. Теоретическая модель базируется на теории рассеяния плоской электромагнитной волны, которая формируется с помощью цилиндрической линзы, на однородной сфере произвольного размера (теория Ми). Для экспериментального получения цифровых изображений частиц-трассеров в потоке жидкости использовались специально подобранный гелий-неоновый лазер и фотокамера. При обработке изображений применялась программа Pivlab.
Результаты. Представлена инженерная методика расчета энергетических параметров лазерного излучения, исследованы базовые характеристики приемника излучения, необходимые для получения качественных цифровых изображений и дальнейшей программной обработки с помощью кросскорреляционного алгоритма. Рассмотрено рассеяние световой волны на частице-трассере в потоке жидкости (теория Ми) и влияние этого явления на расчет энергии на выходе лазерной апертуры. Проведен теоретический анализ требований к элементам лазерной системы и системы формирования лазерной плоскости. Приведены некоторые экспериментальные данные, базирующиеся на представленных теоретических расчетах.
Научная новизна. Сегодня метод цифровой трасерной визуализации выходит на первое место среди других методов диагностики потоков, решающих проблему экспериментальной гидродинамики. Таким образом его использование очень важно для дальнейшего изучения потоков жидкости и газа. Научная новизна исследования заключается в том что, впервые разработана методика и алгоритмы расчета параметров систем, предназначенных для диагностики потоков и состоящих из лазера как источника излучения, системы формирования зондирующей лазерной плоскости, фотоприемной системы на ПЗС структуре.
Практическая значимость. Разработанная инженерная методика определения энергетических параметров лазерного излучения, необходима для осуществления метода цифровой трассерной визуализации с целью получения качественных изображений потока жидкости и газа. Она может найти применение в научно-исследовательских, научно-производственных центрах и организациях, занимающихся разработкой и использованием методов лазерной диагностики потоков.
Ключевые слова цифровая трассерная визуализация, световой поток, характеристики ПЗС, теория Ми, лазерный нож.
Полный текст