Измерение скорости плазменной струи по движению внесенных в нее оптических неоднородностей
Ключевые слова:
плазма, неустановившееся течение, затопленная струя, поле скоростей, оптическая неоднородность, скоростная визуализация
Аннотация
Описан метод введения в дозвуковую плазменную струю оптических неоднородностей (ОН), скоростная визуализация которых обеспечивает возможность поиска пространственных распределений скорости движения плазмы. В качестве источника ОН использованы цилиндрические стержни малого диаметра из графита и меди. Выполненная регистрация фоторазверток движения ОН с одновременной регистрацией спектров излучения плазмы вблизи поверхности маркера указывает на незначительность гидродинамического и теплового возмущений плазменной струи.
Экспериментально установлено, что время воздействия плазменных струй аргона, азота и воздуха со среднемассовой температурой около 10000 К и скоростью 100…200 м/с на стержни из Сu и С диаметром 1 мм без их разрушения составляет 0,4…1,0 с, что дает полную картину движения вносимых в плазменную струю оптических неоднородностей на участке протяженностью в несколько ее диаметров при скорости видеорегистрации порядка 10000 с–1.
Описан алгоритм программной обработки видеограмм с целью получения поля скоростей дозвуковой плазменной струи, состоящий в определении пространственно-временных изменений границ оптических неоднородностей путем последовательного построения поля градиентов интенсивностей их свечения, распознавания, фильтрации и сравнения границ.
Литература
1. Дресвин С.В., Клубникин В.С. Измерение скорости течения плазмы трубкой полного напора // Теплофизика высоких температур. 1969. Т. 7. № 4. С. 633—640.
2. Choi S. e. a. Effects of Anode Nozzle Geometry on Ambient Air Entrainment Into Thermal Plasma Jets Generated by Nontransferred Plasma Torch // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. No. 2. Pp. 473—478.
3. Capetti A., Pfender E. Probe Measurements in Argon Plasma Jets Operated in Ambient Argon // Plasma Chemistry and Plasma Proc. 1989. V. 9. No. 2. Pp. 329—341.
4. Занько Ф.С., Михеев А.Н., Хайрнасов К.Р. Термоанемометрические измерения скорости при изменяющейся температуре потока // Труды Академэнерго. 2013. №. 4. С. 7—12.
5. Raffel M., Willert C.E., Kompenhans J. Particle Imaging Velocimetry. Berlin: Springer, 2001
6. Maas H.G., Gruen A., Papantoniou D. Particle Tracking Velocimetry in Three-dimensional Flows // Experiments in Fluids. 1993. V. 15. No. 2. Pp. 133—146.
7. Abbiss J.B., Chubb T.W., Pike E.R. Laser Doppler Anemometry // Optics & Laser Techn. 1974. V. 6. No. 6. Pp. 249—261.
8. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, 1982.
9. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С., Фомин Н.А. Новые методы лазерной анемометрии в исследованиях сложных газодинамических течений // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76. № 6. С. 3—12.
10. Бэтчелор Д. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973.
11. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. М.: Мир, 1985.
12. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С. 421—455.
13. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с твердыми частицами. М.: Физматлит, 2008.
14. Низкотемпературная плазма. Новосибирск: Наука, 1991.
15. Исакаев Э.Х., Синкевич О.А., Тюфтяев А.С., Чиннов В.Ф. Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 1. С. 1—30.
16. Гаджиев М.Х., Исакаев Э.Х., Тюфтяев А.С., Юсупов Д.И. Мощный генератор низкотемпературной плазмы воздуха с расширяющимся каналом выходного электрода // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42. Вып. 2. С. 44—49.
17. Магунов А.Н. Спектральная пирометрия. М.: Физматлит, 2012.
18. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005.
19. Свидетельство № 2017660959 о гос. регистрации программ для ЭВМ. Программа графической обработки высокоскоростной регистрации оптических неоднородностей в плазменной струе / А.В. Мордынский, М.Х. Гаджиев. М.: Российский экономический ун-т им. Г.В. Плеханова, 2017.
20. Пикалов В.В., Мельникова Т.С. Томография плазмы. Новосибирск: Наука, 1995.
---
Для цитирования: Кавыршин Д.И., Саргсян М.А., Горячев С.В., Хромов М.А., Чиннов В.Ф., Мордынский А.В. Измерение скорости плазменной струи по движению внесенных в нее оптических неоднородностей // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 124—132. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-124-132.
---
Работа выполнена при поддержке: РФФИ (проект № 17-08-00816)
#
1. Dresvin S.V., Klubnikin V.S. Izmerenie Skorosti Techeniya Plazmy Trubkoy Polnogo Napora. Teplofizika Vysokih Temperatur. 1969;7;4:633—640. (in Russian).
2. Choi S. e. a. Effects of Anode Nozzle Geometry on Ambient Air Entrainment Into Thermal Plasma Jets Generated by Nontransferred Plasma Torch. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004;32;2:473—478.
3. Capetti A., Pfender E. Probe Measurements in Argon Plasma Jets Operated in Ambient Argon. Plasma Chemistry and Plasma Proc. 1989;9;2:329—341.
4. Zan'ko F.S., Miheev A.N., Hayrnasov K.R. Termoanemometricheskie Izmereniya Skorosti pri Izmenyayushcheysya Temperature Potoka. Trudy Akademenergo. 2013;4;7—12. (in Russian).
5. Raffel M., Willert C.E., Kompenhans J. Particle Imaging Velocimetry. Berlin: Springer, 2001
6. Maas H.G., Gruen A., Papantoniou D. Particle Tracking Velocimetry in Three-dimensional Flows. Experiments in Fluids. 1993;5;2:133—146.
7. Abbiss J.B., Chubb T.W., Pike E.R. Laser Doppler Anemometry. Optics & Laser Techn. 1974;6;6: 249—261.
8. Dubnishchev Yu.N., Rinkevichyus B.S. Metody lazernoy Doplerovskoy Anemometrii. M.: Nauka, 1982. (in Russian).
9. Dubnishchev Yu.N., Rinkevichyus B.S., Fomin N.A. Novye Metody Lazernoy Anemometrii v Issledovaniyah Slozhnyh Gazodinamicheskih Techeniy. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2003;76;6;3—12. (in Russian).
10. Betchelor D. Vvedenie v Dinamiku Zhidkosti. M.: Mir, 1973. (in Russian).
11. Van-Dayk M. Al'bom Techeniy Zhidkosti i Gaza. M.: Mir, 1985. (in Russian).
12. Varaksin A.Yu. Gidrogazodinamika i Teplofizika Dvuhfaznyh Potokov: Problemy i Dostizheniya. Teplofizika Vysokih Temperatur. 2013;51;3:421—455. (in Russian).
13. Varaksin A.Yu. Stolknoveniya v Potokah Gaza s Tverdymi Chastitsami. M.: Fizmatlit, 2008. (in Russian).
14. Nizkotemperaturnaya Plazma. Novosibirsk: Nauka, 1991. (in Russian).
15. Isakaev E.H., Sinkevich O.A., Tyuftyaev A.S., Chinnov V.F. Issledovanie Generatora Nizkotemperaturnoy Plazmy s Rasshiryayushchimsya Kanalom Vyhodnogo Elektroda i Nekotorye Ego Primeneniya. Teplofizika Vysokih Temperatur. 2010;48;1:1—30. (in Russian).
16. Gadzhiev M.H., Isakaev E.H., Tyuftyaev A.S., Yusupov D.I. Moshchnyy Generator Nizkotemperaturnoy Plazmy Vozduha s Rasshiryayushchimsya Kanalom Vyhodnogo Elektroda. Pis'ma v ZHTF. 2016;42;2:44—49. (in Russian).
17. Magunov A.N. Spektral'naya Pirometriya. M.: Fizmatlit, 2012. (in Russian).
18. Gonsales R., Vuds R. Tsifrovaya Obrabotka Izobrazheniy. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
19. Svidetel'stvo № 2017660959 o Gos. Registratsii Programm dlya EVM. Programma Graficheskoy Obrabotki Vysokoskorostnoy Registratsii Opticheskih Neodnorodnostey v Plazmennoy Strue / A.V. Mordynskiy, M.H. Gadzhiev. M.: Rossiyskiy Ekonomicheskiy Un-t im. G.V. Plekhanova, 2017. (in Russian).
20. Pikalov V.V., Mel'nikova T.S. Tomografiya Plazmy. Novosibirsk: Nauka, 1995. (in Russian).
---
For citation: Kavyrshin D.I., Sargsyan M.A., Goryachev S.V., Khromov M.A., Chinnov V.F., Mordynsky A.V. Markov Plasma Jet Velocity Measurement by Visualizing the Motion of Introduced Optical Inhomogeneities. MPEI Vestnik. 2019;1:124—132. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-124-132.
---
The work is executed at support: RFBR (grants No. 17-08-00816)
2. Choi S. e. a. Effects of Anode Nozzle Geometry on Ambient Air Entrainment Into Thermal Plasma Jets Generated by Nontransferred Plasma Torch // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. No. 2. Pp. 473—478.
3. Capetti A., Pfender E. Probe Measurements in Argon Plasma Jets Operated in Ambient Argon // Plasma Chemistry and Plasma Proc. 1989. V. 9. No. 2. Pp. 329—341.
4. Занько Ф.С., Михеев А.Н., Хайрнасов К.Р. Термоанемометрические измерения скорости при изменяющейся температуре потока // Труды Академэнерго. 2013. №. 4. С. 7—12.
5. Raffel M., Willert C.E., Kompenhans J. Particle Imaging Velocimetry. Berlin: Springer, 2001
6. Maas H.G., Gruen A., Papantoniou D. Particle Tracking Velocimetry in Three-dimensional Flows // Experiments in Fluids. 1993. V. 15. No. 2. Pp. 133—146.
7. Abbiss J.B., Chubb T.W., Pike E.R. Laser Doppler Anemometry // Optics & Laser Techn. 1974. V. 6. No. 6. Pp. 249—261.
8. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, 1982.
9. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С., Фомин Н.А. Новые методы лазерной анемометрии в исследованиях сложных газодинамических течений // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76. № 6. С. 3—12.
10. Бэтчелор Д. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973.
11. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. М.: Мир, 1985.
12. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С. 421—455.
13. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с твердыми частицами. М.: Физматлит, 2008.
14. Низкотемпературная плазма. Новосибирск: Наука, 1991.
15. Исакаев Э.Х., Синкевич О.А., Тюфтяев А.С., Чиннов В.Ф. Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 1. С. 1—30.
16. Гаджиев М.Х., Исакаев Э.Х., Тюфтяев А.С., Юсупов Д.И. Мощный генератор низкотемпературной плазмы воздуха с расширяющимся каналом выходного электрода // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42. Вып. 2. С. 44—49.
17. Магунов А.Н. Спектральная пирометрия. М.: Физматлит, 2012.
18. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005.
19. Свидетельство № 2017660959 о гос. регистрации программ для ЭВМ. Программа графической обработки высокоскоростной регистрации оптических неоднородностей в плазменной струе / А.В. Мордынский, М.Х. Гаджиев. М.: Российский экономический ун-т им. Г.В. Плеханова, 2017.
20. Пикалов В.В., Мельникова Т.С. Томография плазмы. Новосибирск: Наука, 1995.
---
Для цитирования: Кавыршин Д.И., Саргсян М.А., Горячев С.В., Хромов М.А., Чиннов В.Ф., Мордынский А.В. Измерение скорости плазменной струи по движению внесенных в нее оптических неоднородностей // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 124—132. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-124-132.
---
Работа выполнена при поддержке: РФФИ (проект № 17-08-00816)
#
1. Dresvin S.V., Klubnikin V.S. Izmerenie Skorosti Techeniya Plazmy Trubkoy Polnogo Napora. Teplofizika Vysokih Temperatur. 1969;7;4:633—640. (in Russian).
2. Choi S. e. a. Effects of Anode Nozzle Geometry on Ambient Air Entrainment Into Thermal Plasma Jets Generated by Nontransferred Plasma Torch. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004;32;2:473—478.
3. Capetti A., Pfender E. Probe Measurements in Argon Plasma Jets Operated in Ambient Argon. Plasma Chemistry and Plasma Proc. 1989;9;2:329—341.
4. Zan'ko F.S., Miheev A.N., Hayrnasov K.R. Termoanemometricheskie Izmereniya Skorosti pri Izmenyayushcheysya Temperature Potoka. Trudy Akademenergo. 2013;4;7—12. (in Russian).
5. Raffel M., Willert C.E., Kompenhans J. Particle Imaging Velocimetry. Berlin: Springer, 2001
6. Maas H.G., Gruen A., Papantoniou D. Particle Tracking Velocimetry in Three-dimensional Flows. Experiments in Fluids. 1993;5;2:133—146.
7. Abbiss J.B., Chubb T.W., Pike E.R. Laser Doppler Anemometry. Optics & Laser Techn. 1974;6;6: 249—261.
8. Dubnishchev Yu.N., Rinkevichyus B.S. Metody lazernoy Doplerovskoy Anemometrii. M.: Nauka, 1982. (in Russian).
9. Dubnishchev Yu.N., Rinkevichyus B.S., Fomin N.A. Novye Metody Lazernoy Anemometrii v Issledovaniyah Slozhnyh Gazodinamicheskih Techeniy. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2003;76;6;3—12. (in Russian).
10. Betchelor D. Vvedenie v Dinamiku Zhidkosti. M.: Mir, 1973. (in Russian).
11. Van-Dayk M. Al'bom Techeniy Zhidkosti i Gaza. M.: Mir, 1985. (in Russian).
12. Varaksin A.Yu. Gidrogazodinamika i Teplofizika Dvuhfaznyh Potokov: Problemy i Dostizheniya. Teplofizika Vysokih Temperatur. 2013;51;3:421—455. (in Russian).
13. Varaksin A.Yu. Stolknoveniya v Potokah Gaza s Tverdymi Chastitsami. M.: Fizmatlit, 2008. (in Russian).
14. Nizkotemperaturnaya Plazma. Novosibirsk: Nauka, 1991. (in Russian).
15. Isakaev E.H., Sinkevich O.A., Tyuftyaev A.S., Chinnov V.F. Issledovanie Generatora Nizkotemperaturnoy Plazmy s Rasshiryayushchimsya Kanalom Vyhodnogo Elektroda i Nekotorye Ego Primeneniya. Teplofizika Vysokih Temperatur. 2010;48;1:1—30. (in Russian).
16. Gadzhiev M.H., Isakaev E.H., Tyuftyaev A.S., Yusupov D.I. Moshchnyy Generator Nizkotemperaturnoy Plazmy Vozduha s Rasshiryayushchimsya Kanalom Vyhodnogo Elektroda. Pis'ma v ZHTF. 2016;42;2:44—49. (in Russian).
17. Magunov A.N. Spektral'naya Pirometriya. M.: Fizmatlit, 2012. (in Russian).
18. Gonsales R., Vuds R. Tsifrovaya Obrabotka Izobrazheniy. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
19. Svidetel'stvo № 2017660959 o Gos. Registratsii Programm dlya EVM. Programma Graficheskoy Obrabotki Vysokoskorostnoy Registratsii Opticheskih Neodnorodnostey v Plazmennoy Strue / A.V. Mordynskiy, M.H. Gadzhiev. M.: Rossiyskiy Ekonomicheskiy Un-t im. G.V. Plekhanova, 2017. (in Russian).
20. Pikalov V.V., Mel'nikova T.S. Tomografiya Plazmy. Novosibirsk: Nauka, 1995. (in Russian).
---
For citation: Kavyrshin D.I., Sargsyan M.A., Goryachev S.V., Khromov M.A., Chinnov V.F., Mordynsky A.V. Markov Plasma Jet Velocity Measurement by Visualizing the Motion of Introduced Optical Inhomogeneities. MPEI Vestnik. 2019;1:124—132. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-124-132.
---
The work is executed at support: RFBR (grants No. 17-08-00816)
Опубликован
2017-12-27
Выпуск
Раздел
Теплофизика и теоретическая теплотехника (01.04.14)
