紋影法測(cè)量氣體密度

1、紋影法測(cè)量氣體密度一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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)原理根據(jù)講義第九章介紹，紋影儀測(cè)量了沿刀口垂直方向的密度梯度。本實(shí)驗(yàn)中用紋影儀觀測(cè)酒精燈火焰形成的溫度場(chǎng)。由于我們近似認(rèn)為火焰中是等壓的，因此溫度T正比于密度。用紋影儀同樣可以測(cè)量火焰的溫度場(chǎng)?，F(xiàn)在紋影儀測(cè)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M1和M2，確定光源S的位置，應(yīng)使光源S在球面反射鏡M1的焦點(diǎn)處（球面反射鏡焦距為1. 5米，口徑為200毫米）。c) 調(diào)整球面反射鏡M2

2、，找到光源S的像I。由于M1和M2的焦距相同，因此S到M1的距離應(yīng)等于I到M2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(kāi)LIVE3000應(yīng)用軟件，即可在計(jì)算機(jī)顯示器上觀察到視場(chǎng)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)犊贙在M2的焦點(diǎn)處時(shí)，調(diào)整刀口K，在計(jì)算機(jī)顯示器上應(yīng)觀察到視場(chǎng)圖象的亮度均勻變化。如果視場(chǎng)不是均勻變化，而是從一邊先變暗或變亮，說(shuō)明刀口K的位置不對(duì)。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，觀察圖象有何差別?？捎糜?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

3、膜，千萬(wàn)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§101 火焰攝影技術(shù) 在無(wú)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(mǎn)足很短的曝光時(shí)間的要求以外，沒(méi)有提出一些特殊的問(wèn)題。這對(duì)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(jiàn)光的范圍來(lái)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(duì)直接攝影來(lái)說(shuō)，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(shū)中。 在外光源光亮地照明下，氣流因飄浮的塵埃顆粒而能見(jiàn)到。在使用頻閃觀測(cè)光時(shí)，在照片上顆粒軌跡是以間斷線(xiàn)狀

4、出現(xiàn)的，間隔的長(zhǎng)度就是顆粒速度的度量。幾張這種照片已翻印在本書(shū)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(lái)觀測(cè)。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(píng)述。 1Topler紋影法 這種方法的原理將借助于圖310上的三張圖來(lái)敘述。圖310(a)所示是一個(gè)光源、一個(gè)透鏡(以后稱(chēng)作紋影透鏡)和這個(gè)光源的像。圖上表明了按一般作圖得到的有限的光線(xiàn)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(duì)著光源像。

5、從透鏡末端來(lái)的兩束光束其夾角為O。在圖310(&)及(c)上都畫(huà)出一束這種光束來(lái)說(shuō)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(xiàn)被包圍在兩根虛線(xiàn)之內(nèi)。在插入棱鏡之后，光線(xiàn)向上彎曲到實(shí)線(xiàn)位置。因此，由于插入棱鏡，使起源于x且通過(guò)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(duì)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(shuō)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o。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(guò)zko角使。增至(o+Aa)，則得：第480頁(yè) II=aa(10-1) 因?yàn)閣很小，所以可寫(xiě)出： w=aS(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do成正比。 若插入棱鏡以致使來(lái)自的x光線(xiàn)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(gè)平面上。因此，像平面應(yīng)包含相應(yīng)數(shù)量的亮區(qū)和