紋影法測量氣體密度

1、紋影法測量氣體密度 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解紋影儀原理和紋影儀結(jié)構(gòu) 2掌握紋影儀的基本調(diào)節(jié)方法 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 紋影儀、酒精燈、 CCD計(jì)算機(jī) 三、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn) 等壓 現(xiàn)在紋影 根據(jù)講義第九章介紹，紋影儀測量了沿刀口垂直方向的密度梯度。 中用紋影儀觀測酒精燈火焰形成的溫度場。由于我們近似認(rèn)為火焰中是 的，因此溫度T正比于密度p用紋影儀同樣可以測量火焰的溫度場, 儀測得的是刀口垂直方向的溫度梯度。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 a）首先應(yīng)復(fù)習(xí)講義中有關(guān)紋影法原理的介紹。 b）安裝好紋影儀兩塊球面反射鏡M 1和M 2,確定光源S的位置，應(yīng)使光源S在球面反射鏡M 1 的焦點(diǎn)處（球面反射鏡焦距為 1. 5米，口徑為20

2、0毫米）。 c）調(diào)整球面反射鏡M 2, 找到光源S的像I。由于M 2 的焦距相同，因此 S 到 M 1 的距離應(yīng)等于 I 到 M 2 的距離。如果不等，應(yīng)反復(fù)調(diào)整 S 的位置。 d）安裝CCD并與計(jì)算機(jī)正確連接，接通電源，打開 LIVE3000應(yīng)用軟件，即 可在計(jì)算機(jī)顯示器上觀察到視場的圖象。 e）把刀口安裝在光源的像I處，調(diào)整刀口，切割光源的像I。當(dāng)?shù)犊?K在M 2的焦點(diǎn)處時，調(diào)整刀口 K，在計(jì)算機(jī)顯示器上應(yīng)觀察到視場圖象的亮度均 勻變化。如果視場不是均勻變化，而是從一邊先變暗或變亮，說明刀口K的位 置不對。 f）把酒精燈放在光路中點(diǎn)燃，調(diào)整 CCD的焦距，使圖象清晰。改變刀口的位 置和方向

3、，觀察圖象有何差別。可用計(jì)算機(jī)采集錄影或單幅圖象。 注意事項(xiàng) 由于球面反射鏡表面鍍膜，千萬不可用手觸摸或擦拭鏡面，以免損壞表面 鍍層。第十章火焰攝影技術(shù)和壓力記錄法 10 1 火焰攝影技術(shù) 在無煙炱或其他染色物如鈉的火焰中，最明亮的區(qū)域就是燃燒波的化學(xué)反 應(yīng)區(qū)。燃燒波的直接攝影技術(shù)，除了火焰光度未必能滿足很短的曝光時間的要 求以外，沒有提出一些特殊的問題。這對于氫焰特別正確，因?yàn)檫@種火焰除了 爆震波的高溫和壓力外，從可見光的范圍來看通常都太暗淡了。 一氧化碳 氧混合物的火焰要比烴 氧火焰稍弱一些，但對直接攝影來 說，其光強(qiáng)一般是足夠了?；鹧嬷苯訑z影的許多實(shí)例照片已轉(zhuǎn)載在本書中。 在外光源光亮地

4、照明下，氣流因飄浮的塵埃顆粒而能見到。在使用頻閃觀 測光時，在照片上顆粒軌跡是以間斷線狀出現(xiàn)的，間隔的長度就是顆粒速度的 度量。幾張這種照片已翻印在本書中。這種顆粒應(yīng)當(dāng)細(xì)小到足以能跟隨流體加 速和改變流向，特別是在燃燒波 L： 出現(xiàn)的顆粒更應(yīng)如此。 溫差所造成的密度差以及由氣體成分不同所造成的較小的密度差，均適用 三種攝影方法來觀測。這二種攝影方法是： TOpler紋影法1、DvOrak陰影法2和干涉儀法3，這些方法將分別在下面 各小節(jié)中評述。 1 Topler 紋影法 這種方法的原理將借助于圖310上的三張圖來敘述。圖310(a)所示是一個 光源、一個透鏡 (以后稱作紋影透鏡 )和這個光源的

5、像。圖上表明了按一般作圖得 到的有限的光線錐。目前重要的是注意在透鏡主平面上任一點(diǎn)處所起源的每一 光束都對著光源像。從透鏡末端來的兩束光束其夾角為 O。 在圖310(&)及(c)上都畫出一束這種光束來說明。從圖看到插入了一塊小角 度的棱鏡。在插入棱鏡之前，光線被包圍在兩根虛線之內(nèi)。在插入棱鏡之后， 光線向上彎曲到實(shí)線位置。因此，由于插入棱鏡，使起源于 x 且通過放在像平 面直刀刃的光量增多。這些增加的光量都包含在 do 角所對的光束中。在接物透 鏡所產(chǎn)生的，點(diǎn)像平面上，照度相應(yīng)地增大。曾說明光源的亮度是均一的，而 之所以這樣清楚地確定是因?yàn)檫@樣像的上邊界是很清楚的且與直刀刃相平行。 直刀刃離像邊界的距離為0。曾假定紋影裝置的設(shè)計(jì)要使 w角很小，以致在x 點(diǎn)像平面處的照度與。成正比，并把照度定義為像平面處單位面積上的光能 量。光束偏過zko角使。增至(o+Aa),則得： 第 480 頁 1/a/ a(10-1) 因?yàn)?w很小，所以可寫出： w=A a/ S(10-2) 式中s是光源像和紋影透鏡之間的距離，結(jié)果是: I/I= wS/a(10-3) 而照度的增量與 doxx。 若插入棱鏡以致使來自的 x 光線向下而不是向上折射，則在像平面處的照 度應(yīng)減弱。設(shè)許多小棱鏡分布在靠近紋影透鏡的一個平面上。因此，像平面應(yīng) 包含相應(yīng)數(shù)量的亮區(qū)和暗區(qū)，照