Экспериментальный стенд для исследования оптических неоднородностей в неравновесном паровом потоке тепловых труб

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В НЕРАВНОВЕСНОМ ПАРОВОМ ПОТОКЕ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ

А.Н. ШУЛЬЦ, доц. каф. физики МГУЛ, канд. техн. наук

Для решения поставленной задачи был спроектирован и создан стенд для исследования оптических неоднородностей в парожидкостном тракте плоской модели НТТ в соответствии с рис. 1. Основным прибором для регистрации оптических неоднород-ностей был интерферометр Маха - Цендера ИТ-244 производства ЛОМО. Рабочее поле прибора имело диаметр 70 мм. Компенсационная камера позволяла регулировать оптический ход опорного луча. Тонкая настройка осуществлялась набором стеклянных пластин и оптическим клином. В данном приборе предусмотрен второй интерферометр для проведения четырехлучевой интерферометрии. Прибор легко перестраивался в теневой

прибор Теплера. Опорный пучок перекрывался, а в фокусе предметного светового пучка устанавливался «нож» Фуко. Подсветка интерферометра производилась источником света ЛГ-52 с X - 0,6328 мкм.

Визуализация методом оптический световой «нож» осуществлялась с помощью источника интенсивного монохроматического света ЛГН 404А, длина волны которого X - 0,45 ± 0,035 мкм. Плоскость светового «ножа» формировалась системой линз и коллиматором. Толщина «ножа» устанавливалась равной 2 мм. По вертикали размер светового «ножа» был меньше размера канала рабочего участка на 2 мм, что исключало блики от отраженного света.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки по визуализации оптических неоднородностей в паровом потоке тепловых труб: 1 - рабочий участок - низкотемпературная тепловая труба; 2 - интерферометр Маха-Цендера; 3, 4 - термостаты; 5 - насос термостатов; 6 - гелий неоновый лазер; 7 - газ, аргон (подпитка НТТ неконденсируемым газом); 8 - вакуумный насос; 9 - система охлаждения аргонового лазера; 10 - видеокамера; И-фотоаппарат; 12-аргоновый лазер; 13-линейка; 14-манометр; 15-скоростной фоторегистрагор [1]

Рабочий участок выполнен в виде плоского канала с размерами: длина канала Ь = 535 мм, ширина Я = 145 мм, высота 8 = 18 мм. Отношение ширины канала к высоте составляло Я/5 = 8, что соответствует формированию плоского течения и минимальному искажению плоскостного течения от краевых эффектов [5,6]. На рис. 2 представлена принципиальная схема рабочего участка, выполненного из нержавеющей стали. Верхняя и нижняя плиты покрыты фитилем из нержавеющей сетки саржевого плетения с эффективным радиусом пор Лэф ~ 50 мкм.

Обе плиты имели по два щелевых зазора. Верхний зазор использовался для теп-лоподвода прокачкой теплоносителя из термостатов. Нижний зазор предусмотрен для регулировки теплопроводности плит. Изменением давления и сорта газа в зазоре регулировалась теплопроводность плиты до необходимых значений.

Контроль температуры парового потока производился подвижным термопарным зондом. Поступательное движение зонда и его вращение позволяли определить распределение температуры пара в выбранных сечениях парового канала. Вынос королька термопары относительно оси зонда составлял 30 мм. В области пограничного слоя перемещение термопары контролировалось микрометром. Момент касания термопары с фитилем регистрировался по короткому замыканию королька термопары с корпусом НТТ. После измерений зонд убирался в конец конденсатора. Термопарные измерения в паровом потоке регистрировались измерительной системой на основе микровольтметра Щ-68000. Тепловой баланс по зонам регистрировался расходомерами и термопарами. Их показания записывались потенциометрами КСП-4.

Окна рабочей модели были снабжены электрическими нагревателями. Подогрев окон предотвращал запотевание стекол в рабочем процессе. Искажения окон из-за термических напряжений контролировались интерферометром.

Рабочий участок перемещался относительно неподвижного интерферометра с

помощью координатника. Перемещения регистрировались в плоскости рабочих окон интерферометра.

Установка модели. Угловое положения модели НТТ в рабочем объеме интерферометра чрезвычайно важно для всех методов визуализации, описанных выше. Правильная установка модели позволяет минимизировать погрешности, обусловленные дифракционными явлениями от краев модели [2-А, 7].

Установка углового положения модели осуществляется проще и точнее по наблюдениям увеличенной интерференционной картины на стенке, образующейся вследствие дифракционной интерференции. Сначала перекрывается сравнительный луч. Затем модель наклоняется в сторону наблюдателя так, чтобы была видна нижняя плоскость фитиля канала НТТ. Аккуратно поворачивая модель в обратную сторону к первоначальному положению, можно найти положение, при котором светлая линия сливается с изображением контура стенки и появляется характерная для полубесконечной плоскости дифракционная картина с первым главным максимумом около стенки. Если теперь открыть сравнительный пучок, то появится смещенное по фазе изображение картины дифракционной интерференции, на которой первый от стенки главный максимум виден еще яснее. Регулировка по такому методу обеспечивает точность установки у = 0,5 Ч 10"3рад.

Особенности фокусировки. При прохождении рабочего участка параллельный пучок измерительного плеча отклоняется на небольшой угол относительно оптической оси. Волновые фронты после этого остаются параллельными, и интерференционная картина соответствует картине, образованной мнимым клином. В зависимости от положения плоскости фокусировки происходит «искажение изображения». Плоскость фокусировки необходимо располагать в центре рабочего участка. Тогда минимальны искажения изображения и оптимален интерференционный контраст.

к газорегулятору

Рис. 2. Принципиальная схема плоской модели ТТ: 1 - фитиль; 2 - газовый зазор; 3 - паровой канал, термопарный зонд [1]

а)

Рис. 3. Влияние фокусировки на интерференционный контраст в рабочей модели НТТ: а) плоскость фокусировки расположена во входном сечении рабочего участка и пересекает интерференционное поле мнимого клина перед его осью, если смотреть в направлении распространения светового пучка; б) плоскость фокусировки находится за пределами рабочего участка и пересекает интерференционное поле мнимого клина на большом расстоянии за его осью; низкий интерференционный контраст, наблюдается каустическая линия; с) ось клина находится в плоскости фокусировки в середине рабочего участка; оптимальный интерференционный контраст [4]

Настройка интерферометра. Интерферометр, настроенный на полосу бесконечной ширины, очень чувствителен к внешним воздействиям. Настройка может сбиваться под действием вибраций, изменений комнатной температуры. Для предотвращения сбоев настройки необходимо жестко фиксировать положение рабочего участка и интерферометра относительно друг друга. Однако такая настройка обеспечивает высокую точность метода. Интерферограмма легко расшифровывается как поле одинаковой оптической плотности и без особых затруднений сопоставляется с характером протекающих в ТТ процессов. Выбор теплоносителя для НТТ играет в этом случае большую роль. Если рабочий процесс создает интерференционную картину с оптической разностью хода менее

пяти полос 51 < 5, то целесообразно пользоваться настройкой интерферометра на конечное число полос.

Погрешности настройки на полосу бесконечной ширины аддитивно накладываются на получаемую интерферограмму. Если погрешность Д5 ~ 0,1 ('/Л), то соответствующие порядки интерференции будут равны 5" 0,1; 1,1;... итак далее. Эта погрешность менее существенна при большом количестве полос.

Интерференционная картина при настройке на полосы конечной ширины выглядит совсем иначе. Ее трудно сразу сопоставить с характером протекающих в ТТ процессов. Волновой фронт (эйконал) измерительного пучка, который пересекают наклонные плоские волновые фронты сравнительного пучка, создает искривлен-

ные интерференционные полосы во всей области снимка. Рабочий процесс в ТТ создает градиенты оптических неоднородностей в каждой точке объема парожидкостного тракта. По этой причине исчезает возможность привязать первоначальную интерференционную картину, настроенную на определенную плотность полос 1/Ь в невозмущенной области, с интерференционной картиной, возникающей в рабочем процессе. Из такой интерферограммы получить надежные количественные данные невозможно.

Тем не менее в некоторых случаях, можно получить полезную информацию и при такой настройке. Так, например, если перед запуском ТТ установить полосы параллельно плоскости вдува-отсоса, то при медленном возрастании тепловой нагрузки можно проследить динамику развития процесса по возникающим изменениям интерференционной картины. Деформации интерференционных линий будут происходить сильнее в тех местах, где выше интенсивность процессов вдува-отсоса. Привязку для обработки интерферограммы в этом случае можно взять из областей слабо возмущенных, к которым относится начало зоны испарения и конец конденсатора.

Если перед запуском установить полосы перпендикулярно стенкам ТТ, то при медленном возрастании тепловой нагрузки можно проследить за формированием ядра пото-

ка, установить области повышенной плотности и динамику их развития. Но в этом случае для привязки интерферограммы нет ни одной области. Однако качественная картина, получаемая в обоих случаях, весьма полезна.

При малых удельных тепловых нагрузках либо при применении теплоносителей с малым коэффициентом преломления п < 1,0004 следует воспользоваться методом многолучевой интерферометрии. Так, например, введение второго интерферометра (че-тырехлучевая интерферометрия) повышает чувствительность метода на порядок.

Библиографический список

1. Шульц, А.Н. Экспериментальное исследование механизмов тепломассопереноса в паровом потоке тепловых труб: автореферат дисс.... канд. техн. наук / А.Н. Шульц. - М.: 1990. - 22 с.

2. Schardin Н., Die Schlierenverfahren und ihre Anwendungen, in "Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften", Во 20, Springer, Berlin, 1942, S. 303-439.

3. Kennard R. В., An optical method for measuring temperature distributions and convective heat transfer, Bur. Std. Res., № 8, 1932. 787-805

4. Хауф, В. Оптические методы в теплопередаче /' В. Хауф, У. Григуль. - М.: Мир, 1973. - 240 с.

5. Дейч, М.Е. Газодинамика двухфазных сред / ME. Дейч, ГА. Филиппов. -М.: Энергия, 1968. -422 с.

6. Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Оптика: учебное пособие. - 2-е изд., испр. / Д.В. Сивухин. -М.: Наука, 1985.-752 с.

7. Hannes Н,. Inerferometrische Messung der thermish-en Energie von elektrischebFunken, Forsch. Geb. Wes., №29, (1963). 169-175 p.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМИ МЕТОДАМИ

Е.А. КУЗНЕЦОВА, доц. каф. физики МГУЛ, канд. физ.-мат. наук,

В.А. КАРАВАЕВ, проф. каф. общей физики физ. фак-та МГУ им. М.В. Ломоносова,

д-р физ.-мат. наук,

М.К. СОЛНЦЕВ, доц. каф. биофизики физ. фак-та МГУ им. М.В. Ломоносова, канд. физ.-мат. наук, Д.Ю. ШКОЛЬНИКОВ, студент физ. фак-та МГУ им. М.В. Ломоносова

Регуляторы роста эффективно применяют для повышения продуктивности, ускорения роста и развития различных растений, в том числе и декоративных. Важную информацию об изменениях физиологического со-

стояния растений под действием регуляторов роста дают люминесцентные методы [1].

В данной работе исследованы термолюминесценция (ТЛ), спектры флуоресценции (СФ) и медленная индукция флуоресцен-