紋影法測量氣體密度

1、紋影法測量氣體密度 一、實驗目的 1了解紋影儀原理和紋影儀結構 2掌握紋影儀的基本調節(jié)方法 二、實驗設備 紋影儀、酒精燈、 CCD計算機 三、實驗原理 本實驗 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、實驗步驟 a）首先應復習講義中有關紋影法原理的介紹。 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，應使光源S在球面反射鏡M 1 的焦點處（球面反射鏡焦距為 1. 5米，口徑為20

2、0毫米）。 c）調整球面反射鏡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 的距離應等于 I 到 M 2 的距離。如果不等，應反復調整 S 的位置。 d）安裝CCD并與計算機正確連接，接通電源，打開 LIVE3000應用軟件，即 可在計算機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，調整刀口，切割光源的像I。當?shù)犊?K在M 2的焦點處時，調整刀口 K，在計算機顯示器上應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燃，調整 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。可用計算機采集錄影或單幅圖象。 注意事項 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和壓力記錄法 10 1 火焰攝影技術 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反 應區(qū)。燃燒波的直接攝影技術，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，因為這種火焰除了 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，其光強一般是足夠了?；鹧嬷苯訑z影的許多實例照片已轉載在本書中。 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。這種顆粒應當細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。在插入棱鏡之后， 光線向上彎曲到實線位置。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，點像平面上，照度相應地增大。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為這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計要使 w角很小，以致在x 點像平面處的照度與。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) 因為 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 度應減弱。設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 包含相應數(shù)量的亮區(qū)和暗區(qū)，照