авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

На правах рукописи

УДК 536.24

ПРОТАСОВ МИХАИЛ ВИТАЛЬЕВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ПОВЕДЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

В СИЛЬНОЗАПЫЛЕННЫХ ПОТОКАХ

Специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель – доктор физико-математических наук Вараксин А.Ю.

МОСКВА 2009 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Условные обозначения и сокращения................................................ Введение................................................................................................. Глава 1. Обзор...................................................................................... 1.1. Предварительные замечания......................................................... 1.2. Особенности исследования гетерогенных потоков.................... 1.3. Основные характеристики гетерогенных потоков..................... Глава 2. Методика экспериментального исследования.............. 2.1. Предварительные замечания......................................................... 2.2. Метод ЛДА и его особенности..................................................... 2.2.1. Измерение скорости «чистого» воздуха............................. 2.2.2. Измерение скоростей твердых частиц................................ 2.2.3. Особенности ЛДА-измерений в сильноконцент рированных потоках с крупными частицами............................... 2.2.3.1. Влияние дисперсной примеси вне измерительного объема на условия работы ЛДА................. 2.2.3.2. Влияние дисперсной примеси в измерительном объеме на условия работы ЛДА............................................. 2.2.4. Контроль точности результатов........................................... 2.2.5. Измерение концентрации частиц......................................... 2.2.6. Оптимизация параметров ЛДА............................................ 2.3. Анализ возможности и ограничений ЛДА–измерений в сильнозапыленных потоках.

........................................................ 2.3.1. Предварительные результаты.............................................. 2.3.2. Экспериментальная установка и результаты измерений.. 2.3.3. Выводы к разделу.................................................................. 2.4. Экспериментальные установки. Используемые твердые частицы. Режимы.............................................................. 2.4.1. Экспериментальная установка для изучения нисходящих сильнозапыленных потоков на основе метода ЛДА................................................................................................... 2.4.2. Экспериментальная установка для изучения нисходящих сильнозапыленных потоков на основе PIV-метода...................................................................... 2.4.3. Параметры гетерогенного потока, варьируемые в экспериментальном исследовании................................................ 2.4.4. Особенности моделирования потоков с частицами........... 2.4.5. Используемые твердые частицы.......................................... 2.4.6. Концентрация частиц............................................................ 2.4.7. Экспериментальные режимы............................................... 2.5. Выводы к главе............................................................................... Глава 3. Исследование столкновений «частица»- «частица».... 3.1. Предварительные замечания......................................................... 3.2. Введение.......................................................................................... 3.3. Теоретическая оценка интенсивности столкновений частиц.... 3.4. Результаты исследования.............................................................. 3.4.1. Гравитационное осаждение. Режим №1............................. 3.4.2. Нисходящее течение. Режим №2......................................... 3.5. Выводы к главе............................................................................... Глава 4. Исследование столкновений «частица»- «стенка»....... 4.1. Предварительные замечания......................................................... 4.2. Введение.......................................................................................... 4.3. Теоретическая оценка интенсивности столкновений частиц со стенками канала............................................................. 4.4. Результаты исследования.............................................................. 4.4.1. Гравитационное осаждение. Режим №3............................. 4.4.2. Нисходящее течение. Режим №4......................................... 4.5. Выводы к главе............................................................................... Выводы.................................................................................................. Список литературы............................................................................ Приложение 1. Принцип ЛДА.......................................................... Приложение 2. Экспериментальные режимы............................... ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Размерные величины D – диаметр трубы, м;

D p – диаметр цилиндра столкновений, м;

C p – теплоемкость, Дж/кг·К;

R – радиус трубы, м;

– расстояние от оси трубы, м;

r L – характерная длина, м;

l – длина оптического пути, м;

l* – расстояние между частицами, м;

– плотность газа, кг/м3 ;

p – плотность материала частицы, кг/м3 ;

d p – диаметр частицы, м;

f – частота, Гц;

фокусное расстояние, м;

x, y – осевая и радиальная координата в декартовой системе координат, м;

x, r – осевая и радиальная координата в цилиндрической системе координат, м;

– угол пересечения лазерных пучков, рад;

– счетная концентрация частиц м-3;

N ui – проекции мгновенной скорости газа, м/с;

vi – проекции мгновенной скорости частиц, м/с;

U i – проекции осредненной скорости газа, м/с;

Vi – проекции осредненной скорости частицы, м/с;

u i – проекции пульсационной скорости газа, м/с;

vi – проекции пульсационной скорости частицы, м/с;

µ – коэффициент динамической вязкости, Н·с/м2;

– коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

– длина волны, м;

f – период интерференционной решетки, м;

– ускорение силы тяжести, м2/с2;

g – время, с;

оптическая плотность;

p – время динамической релаксации частицы, с;

p 0 – время динамической релаксации стоксовой частицы, с;

K – временной колмогоровский масштаб турбулентности, с;

c время между последовательными соударениями частиц, с;

cw – время между соударениями частиц со стенками трубы (канала), с;

Tf – характерное время газа в осредненном движении, с;

TL – характерное время газа в крупномасштабном пульсационном движении, с.

Безразмерные величины M – массовая концентрация частиц;

– объемная концентрация частиц;

Re D – число Рейнольдса;

Stk f – число Стокса в осредненном движении;

Stk L – число Стокса в крупномасштабном пульсационном движении;

Stk K – число Стокса в мелкомасштабном пульсационном движении;

Stk c – число Стокса для процесса межчастичных соударений;

Stk cw – число Стокса для процесса соударений частиц со стенками трубы (канала);

CD – коэффициент аэродинамического сопротивления частицы.

Индексы... – осреднение по площади поперечного сечения трубы (канала).

Нижние индексы – значение на оси трубы (канала);

c – значение на стенке трубы (канала);

w 0 – значение во внешнем потоке, значение в отсутствии частиц;

i, j – характеристика сорта частицы.

Верхние индексы (... ) – осреднение по времени, относительная величина;

(...) – пульсационное значение.

ВВЕДЕНИЕ Распространение потоков газа с частицами в природе и их широкое применение во многих промышленных процессах, теплоэнергетических установках различного назначения и химических технологиях способствовало проведению интенсивных исследований такого рода течений. Здесь следует отметить работы Г.Н. Абрамовича, А.Ю. Вараксина, З.Р. Горбиса, И.В. Деревича, Л.И. Зайчика, Ю.В. Зуева, М.К. Лаатса, И.А. Лепешинского, Е.П. Медникова, Д.С. Михатулина, Р.И. Нигматулина, А.Н. Осипцова, Ю.В. Полежаева, Н.А. Фукса, А.А. Шрайбера, Р. Бусройда, М. Зоммерфельда, К. Кроу, М. Рикса, О. Симонина, С. Соу, Ю. Тсуджи, Г. Хецрони, И. Хинце, С. Эльхобаши и др.

К настоящему времени накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал, посвященный самым различным аспектам газодинамики и теплофизики такого рода потоков. Здесь можно отметить большое число основополагающих [112] и в том числе современных [13–18] обобщающих работ российских и зарубежных исследователей, некоторые из которых представлены в списке литературы.

Интенсификация процессов тепло- и массообмена в каналах теплообменных аппаратов и различных энергетических устройств является одной из актуальных задач современной теплофизики.

Многочисленные исследования показывают, что присутствие дисперсной фазы в газовом потоке даже при незначительной концентрации может приводить к существенному изменению параметров течения и оказывать сильное влияние на гидродинамические, тепломассообменные, эрозионно-коррозионные процессы и, как следствие, на надежность и эффективность энергетического оборудования. Гидродинамические и тепломассообменные процессы в значительной мере определяют эффективность преобразования энергии в различных энергетических установках. При проектировании теплоэнергетического оборудования зачастую приходится иметь дело с потоками газа в присутствии твердых частиц.

До настоящего времени отмечается недостаточное количество экспериментальных работ, посвященных исследованию характеристик потоков с высокой концентрацией дисперсной фазы. Это объясняется как сложностью построения моделей такого класса течения, так и немногочисленностью экспериментальных работ. Физическое моделирование сильноконцентрированного дисперсного потока, характеризующегося высокой оптической плотностью, представляет собой крайне сложную проблему, так как сопряжено с целым рядом зачастую непреодолимых технических трудностей. Существующие экспериментальные данные относятся в основном числе к слабозапыленным типам потоков и не охватывают всего разнообразия режимов и видов течений, которые могут происходить в потоках с высокой концентрацией частиц. Сильнозапыленные потоки газ–твердые частицы являются одним из наиболее сложных и недостаточно изученных видом течения. Вследствие этого получаемые достоверные экспериментальные данные по характеристикам сильнозапыленных потоков имеют большое значение.

Для анализа механизмов тепло- и массообмена в потоках, содержащих частицы, необходима информация об особенностях поведения дисперсной фазы. Знание параметров движения частиц (прежде всего, их концентраций и скоростей) позволяет прогнозировать обратное влияние дисперсной фазы на распределения скоростей несущего газа, а также проводить оценки таких важных физических характеристик, как коэффициенты трения и теплоотдачи. В связи с этим корректное измерение характеристик частиц запыленного потока представляется актуальной задачей. В сильнозапыленных потоках с объемной концентрацией частиц Ф = O( 103 ) поведение частиц в дополнении к эффектам турбулентного переноса может значительно определяться процессами столкновительного взаимодействия между собой, а также со стенками канала. Изучение указанных столкновительных процессов является одной из важных задач современной физики течений с частицами.

Цель работы. Целью диссертационной работы является изучение характеристик движения дисперсной фазы в сильнозапыленных потоках при наличии интенсивных столкновительных взаимодействий. Для проведения комплексного изучения характеристик движения твердых частиц необходимо решение следующих основных задач:

1) определение возможности и ограничений использования серийного лазерного доплеровского анемометра (ЛДА) для измерений мгновенных скоростей твердых частиц в сильнозапыленных потоках;

2) проведение экспериментальных исследований характеристик движения твердых частиц в сильнозапыленных потоках воздуха;

3) выявление физических параметров, определяющих характеристики движения дисперсной фазы при наличии столкновительных процессов вследствие концентрационной и геометрической стесненности.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) впервые проанализирован комплекс метрологических проблем, возникающих при использовании метода лазерной доплеровской анемометрии в сильнозапыленных потоках c крупными частицами;

2) разработана эффективная методика определения допустимых параметров сильнозапыленного потока, при которых возможно проведение ЛДА-измерений скоростей твердых частиц;

3) получены и обобщены новые экспериментальные данные по характеристикам движения твердых частиц стекла в нисходящем сильнозапыленном турбулентном потоке воздуха;

4) впервые проведены корректные измерения характеристик осаждения бидисперсной смеси частиц (частицы стекла и частицы железа) в неподвижном воздухе при изменении массовой концентрации смеси в широком диапазоне;

5) получены и обобщены экспериментальные данные по осредненным и пульсационным скоростям частиц стекла при их движении в гладкой и формованной лунками вертикальных трубах.

представленных в диссертации результатов Достоверность измерений и методики определения возможностей и ограничений использования ЛДА в сильнозапыленных потоках подтверждена разработанными методами контроля точности получаемых данных.

Практическое значение. Результаты изучения влияния параметров сильнозапыленного потока на характеристики доплеровского сигнала могут быть использованы для развития методов лазерной диагностики оптически плотных дисперсных сред. Развитая методика определения параметров течения, допускающих проведение корректных ЛДА измерений скоростей твердых частиц, открывает большие возможности для расширения сфер технологического использования методов лазерной доплеровской анемометрии.

Результаты измерений характеристик движения частиц могут быть использованы при проектировании различных технических устройств – питателей и элементов пневмотранспорта сыпучих материалов, пылеуловителей различных типов, линий подготовки угля и порошковой металлургии, систем сушки в псевдоожиженном слое, топок с псевдоожиженным и циркулирующим кипящим слоем. В сильнозапыленных потоках реализуются высокие значения коэффициентов теплоотдачи, что делает их конкурентной альтернативой использующимся в настоящее время однофазным теплоносителям. В современной энергетике рассматривается возможность применения дисперсного твердого теплоносителя для первого контура безопасного высокотемпературного реактора АЭС.

Помимо этого изученные столкновительные процессы в значительной степени определяют скорость образования и выпадения атмосферных осадков и загрязнений, интенсивность эрозии поверхностей технологических устройств и объектов ракетно-космической техники.

Результаты измерений характеристик движения дисперсной фазы также могут быть использованы для развития и верификации математических моделей сильноконцентрированных дисперсных течений.

Результаты диссертационной работы Апробация работы.

докладывались и обсуждались на: международном коллоквиуме «Interaction Phenomena in Turbulent Particle-Laden Flows» (Таллин, Эстония, 2003);

7-ой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, Россия, 2003);

4 ом международном симпозиуме “Turbulence, Heat and Mass Transfer” (Анталия, Турция, 2003);

2-ом международном симпозиуме «Multiphase, Non-Newtonian and Reacting Flows» (Ханджоу, Китай, 2004);

11-ой конференции «Two-Phase Flow Predictions» (Мерзебург, Германия, 2005);

8-ой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, Россия, 2005);

5 ом международном симпозиуме “Turbulence, Heat and Mass Transfer” (Дубровник, Хорватия, 2006);

9-ой Всероссийской школе-конференции молодых ученых (Новосибирск, Россия, 2006);

9-ой международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, Россия, 2007).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, 4 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся:

1) Методика определения допустимых параметров сильнозапыленного потока, при которых возможно проведение корректных ЛДА-измерений скоростей твердых частиц.

2) Результаты экспериментального исследования поведения твердых частиц, движущихся в высококонцентрированных потоках газа в вертикальных каналах.

3) Результаты обобщения опытных данных с использованием безразмерных критериев на предмет установления интенсивности столкновительных взаимодействий.

Содержание работы.

Первая глава носит обзорный характер. Кратко приведены основные характеристики запыленных потоков. Рассмотрены расчетно теоретические и экспериментальные работы, посвященные исследованию характеристик течений газа с твердыми частицами при наличии столкновительных взаимодействий. Из проведенного анализа работ сделан вывод о том, что достоверных экспериментальных данных недостаточно для создания новых и верификации имеющихся математических моделей сильнозапыленных течений.

Вторая глава посвящена особенностям использования метода лазерно-доплеровской анемометрии для измерений в сильнозапыленных потоках. Показаны методические особенности исследования потоков с крупными частицами. Рассмотрены возможности и ограничения использования ЛДА в сильнозапыленных потоках. Приведена разработанная автором методика определения допустимых параметров потока, при которых возможно измерение скоростей твердых частиц с помощью ЛДА.

Третья глава посвящена изучению влияния взаимодействия «частица частица» на характеристики гетерогенного потока в вертикальных каналах. В начале главы описаны два основных подхода, использующиеся при анализе столкновений частиц: сферический и цилиндрический. Рассмотрены процессы столкновения частиц различных размеров и различной плотности при их гравитационном осаждении. Рассмотрены столкновения дисперсной фазы при наличии сдвига осредненной скорости и действии силы тяжести. В конце главы приведены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие влияние межчастичных столкновений на характеристики движения гетерогенного потока.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния столкновений частиц со стенками канала на поведение дисперсной фазы.

Приведены результаты экспериментального исследования, демонстрирующие влияние столкновений частиц со стенкой на характеристики движения гетерогенного потока в вертикальных каналах.

Автор выражает свою признательность чл.-корр. РАН Ю.В. Полежаеву, д.т.н. А.Ф. Полякову, д.ф.-м.н. А.Ю. Вараксину, к.ф. м.н. Т.Ф. Иванову и М.Э. Ромашу за многолетнее постоянное внимание к работе и помощь, оказанную при ее выполнении.

ГЛАВА ОБЗОР 1.1. Предварительные замечания Данная глава посвящена кратким сведениям об особенностях изучения запыленных потоков.

1.2. Особенности исследования гетерогенных потоков В последние 30–40 лет можно наблюдать устойчивый интерес многочисленных групп исследователей во всем мире к изучению многофазных (гетерогенных) турбулентных течений. Несмотря на этот факт можно с уверенностью констатировать, что имеющаяся на сегодняшний день теория многофазных турбулентных потоков далека от своего завершения. Присутствие дисперсной примеси в потоках газовых сред даже при незначительной концентрации последней может изменять тепловые и гидродинамические режимы течения. Исследования в области теплообмена в дисперсных потоках с твердым теплоносителем показали сложную зависимость параметров теплообмена от режимов течения [1–10].

Интенсификация процессов тепло- и массообмена в каналах теплообменных аппаратов является одной из актуальных задач теплофизики однофазных течений. К настоящему времени предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена [11–14]. Так, используются различные типы турбулизаторов или оребрение поверхности, шероховатые поверхности, закрутка потока шнековыми устройствами, завихрителями, установленными при входе в канал, и т.д. Одним из перспективных способов интенсификации является нанесение системы углублений в виде лунок на теплообменную поверхность. Использование сферических лунок в качестве интенсификаторов [15–18], расположенных в шахматном или коридорном порядке, позволяет использовать такое явление, как смерчевой эффект, и достигать существенного увеличения коэффициента теплоотдачи при незначительном увеличении гидродинамического сопротивления.

Введение в однофазный поток капель или частиц также может приводить к интенсификации теплообмена. Присутствие в потоке дисперсной фазы осложняет анализ механизмов передачи теплоты вследствие появления целого ряда дополнительных теплофизических процессов: воздействия частиц на характеристики несущей фазы, кондуктивного теплообмена при взаимодействии частиц со стенкой канала и др.

Несмотря на наличие упомянутых выше осложняющих факторов попытка применения одновременно двух методов интенсификации теплообмена, а именно введение в однофазный поток дисперсной фазы и использование лунок на теплообменной поверхности, может оказаться весьма перспективной.

Предметом данного исследования являются запыленные течения, ограниченные стенками. Такие потоки реализуются в пневмотранспортерах сыпучих и зерновых материалов, в элементах технологических систем подготовки сжигания твердого топлива, порошковой металлургии, пищевой, строительной, горнодобывающей и химической промышленности, а также в энергетических устройствах, как например в теплообменниках с гетерогенными теплоносителями.

Этим объясняется большое внимание теоретическому и экспериментальному исследованию гидродинамики дисперсных потоков в таких областях как пневмотранспорт, псевдоожиженные и циркулирующие кипящие слои [19-29].

Особенности движения частиц и интенсивность проистекающих межфазных процессов в значительной мере зависят от инерционности дисперсной фазы и ее концентрации в потоке. Время между столкновениями частиц (или частота столкновений) при одном и том же значении, например, массовой концентрации, будет также сильно зависеть от размера (инерционности) дисперсной фазы.

Варьирование концентрации частиц – основной экстенсивной характеристики гетерогенных потоков - позволяет не только изменять количественно параметры исходного течения, но приводить и к его качественной перестройке. При незначительной объемной концентрации дисперсной примеси ( 10 6 ) ее осредненное по времени воздействие на течение несущей среды пренебрежимо мало [30]. В гетерогенных потоках этого типа определяющим взаимодействием является влияние несущей фазы на взвешенные частицы, полностью определяющее все их характеристики (осредненную и пульсационную скорости и температуры, локальную концентрацию и т.д.). При возрастании объемного содержания (10 6 10 3 ) дисперсная примесь в свою очередь начинает оказывать обратное воздействие на несущую среду [31–33]. Гетерогенные течения этих двух типов часто называют слабозапыленными потоками. В сильнозапыленном потоке ( 10 3 ) в дополнение к уже описанным взаимодействиям между взвешенными частицами и несущей фазой добавляется взаимодействие частиц между собой.

Наряду с концентрационной стесненностью на движение частиц может оказывать влияние и геометрическая стесненность.

Столкновительное взаимодействие частиц со стенкой может приводить к значительному изменению характеристик как дисперсной фазы, так и несущего газа [34–52]. Поэтому большое значение имеет исследование процесса взаимодействий частиц между собой и со стенкой канала, введение критериев оценки влияния столкновений. При учете влияния геометрических размеров канала важно учесть состояние поверхности и форму стенок.

Вследствие этого, проведение корректных измерений распределений скоростей твердых частиц при их движении в узких каналах (трубах) представляется актуальной задачей.

Ниже будут рассмотрены особенности моделирования гетерогенных потоков.

Специфические особенности математического и физического моделирования гетерогенных потоков. Анализ опубликованных работ показал, что исключительная сложность изучения гетерогенных течений, вероятно, связана с двумя обстоятельствами. С одной стороны, это вызвано тем, что теория однофазных турбулентных потоков находится в стадии своего развития. С другой стороны, добавление в турбулентный поток дисперсной примеси в виде частиц осложняет картину течения. Это связано с большим разнообразием свойств (прежде всего, инерционности) и концентрации вводимых частиц, которое приводит к реализации многочисленных режимов (классов) течения газовзвеси. Математическое моделирование гетерогенных потоков осложняется только из-за того, что введение дисперсной примеси остро ставит вопрос об адекватности описания движения газовой фазы в рамках механики сплошной среды. Физическое моделирование гетерогенных течений также затрудняется вследствие невозможности использования контактных методов измерений (например, термоанемометрии), а применение оптических методов (лазерная анемометрия, цифровая трассерная визуализация) имеет значительные ограничения при умеренных и высоких концентрациях дисперсной фазы. Таким образом, методы экспериментальных и расчетно теоретических исследований, успешно зарекомендовавшие себя в течение десятилетий при изучении однофазных потоков, зачастую не могут быть использованы для исследований гетерогенных потоков в принципе. Сказанное сдерживает развитие физики многофазных течений. Несмотря на это, потребности практики и логика развития науки требуют постоянного совершенствования теории гетерогенных потоков.

Два основных класса задач изучения гетерогенных потоков.

Исследования гетерогенных течений преследуют решение двух основных классов задач [30]. Первая (или прямая) задача заключается в изучении поведения взвешенных в потоке газа дисперсных частиц.

Решение данной задачи предполагает определение характеристик дисперсной фазы, а именно: размеров частиц (в случае полидисперсного течения), полей их осредненных и пульсационных (средних квадратичных) скоростей, температур, а также концентраций. Вторая (или обратная) задача заключается в изучении влияния частиц на характеристики несущего их газового потока. Решение этой задачи предполагает определение характеристик газа в присутствии частиц:

полей осредненных и пульсационных (средних квадратичных) скоростей, температур, а также коэффициентов трения, теплоотдачи и т.д. В гетерогенных потоках могут иметь место различные столкновительные процессы. К ним относятся: взаимодействие частиц между собой (частица-частица), взаимодействие частиц с телом, обтекаемым гетерогенным потоком (частица-тело), а также взаимодействие частиц со стенками, ограничивающими гетерогенное течение (частица-стенка). Все вышеупомянутые столкновительные процессы могут играть существенную роль в формировании статистических характеристик движения частиц, а, следовательно, и оказывать влияние на характеристики несущего их потока газа.

Вследствие этого исследование роли контактных взаимодействий в контексте решения двух основных задач изучения гетерогенных потоков представляется чрезвычайно актуальным.

1.3. Основные характеристики гетерогенных потоков Помимо характеристик однофазных потоков гетерогенные течения обладают целым рядом собственных специфических характеристик. Эти характеристики гетерогенных потоков можно условно разделить на интенсивные и экстенсивные физические величины. К интенсивным величинам относятся физические свойства частиц такие, как их размер (диаметр) d p и физическая плотность p. В случае неизотермического течения важное значение приобретает и теплоемкость материала частицы Cp. Упомянутые выше свойства частиц определяют динамическую и тепловую инерционность дисперсной фазы.

Динамическая и тепловая Времена релаксации частиц.

инерционность частиц характеризуется соответствующими временами релаксации.

Время динамической релаксации частиц. Данную характеристику обозначим p и представим в следующем виде:

pd p0 p p = =, (1.1) 18µC C 1 + Re 2 / 3 / 6 при Re p 10 p где C =.

при Re p 0,11Re p / p В выражении (1.1) характеризует время динамической релаксации стоксовой частицы ( Re p 1 ). Отметим, что инерционность стоксовой частицы зависит и от характеристик среды, в которой она движется. Так выражение для p 0 включает в себя коэффициент динамической вязкости среды. Поправочная функция C учитывает влияние сил инерции на время релаксации нестоксовой частицы. Таким образом в случае движения нестоксовой частицы ее инерционность зависит также и от такого безразмерного комплекса, как число Рейнольдса частицы, вычисляемое по относительной скорости между фазами и диаметру дисперсной примеси, т.е.

r rr W d p U V d p Re p = =. (1.2) Время тепловой релаксации частиц. Данную характеристику обозначим t и запишем как C pp pd p t t = =, (1.3) 12C C где C1 = 1 + 0,3Re1 / 2 Pr 1 / 3.

p В выражении (1.3) t 0 характеризует время тепловой релаксации стоксовой частицы ( Re p 1 ). Необходимо отметить, что тепловая инерционность стоксовой частицы (также как и динамическая инерционность) зависит не только от физических свойств и ее.

теплоемкости, но и от теплопроводности окружающего газа Поправочная функция C1 учитывает влияние конвекции на теплоперенос между нестоксовой частицей и окружающим ее газом.

Таким образом, тепловая инерционность нестоксовой частицы зависит также от относительной скорости между фазами, вязкости и теплоемкости несущей сплошной среды.

Концентрация частиц. Экстенсивной физической характеристикой гетерогенных потоков является концентрация частиц. Различают три концентрации дисперсной фазы - массовую, объемную и счетную.

Рассмотрим два возможных подхода к определению концентрации частиц в потоке. Согласно первому подходу локальную объемную и массовую концентрацию частиц определяют следующим образом:

V p V p = =, (1.4) V g + V p V M p M p M= =, (1.5) M g + M p M где V p, V g, V - объемы, занимаемые частицами и газом в элементарном объеме потока, и величина этого объема;

M p, M g, M - масса частиц, масса газа в элементарном объеме потока и суммарная масса элементарного объема гетерогенного потока.

Величины объемной и массовой концентрации частиц, определяемые по соотношениям (1.4) и (1.5), лежат в диапазоне от нуля до единицы.

В соответствии со вторым подходом объемную (массовую) концентрацию частиц определяют как отношение суммарного объема (массы) частиц к соответствующим величинам для газа, т.е.

V p =, (1.6) Vg M p M=. (1.7) Mg В отличие от соотношений (1.4) и (1.5) объемная и массовая концентрация частиц, определяемые по соотношениям (1.6) и (1.7), могут принимать значения от нуля до бесконечности. Анализируя (1.4)– (1.7), можно сделать заключение о том, что для случая гетерогенного течения с малым объемным (массовым) содержанием дисперсной фазы значения объемной (массовой) концентрации частиц, вычисляемые по различным соотношениям, будут близки между собой.

Рассматриваемые в данной работе течения газов с твердыми частицами характеризуются относительно небольшим объемным содержанием частиц. В то же время суммарная масса частиц может в несколько раз превосходить массу газа. Поэтому для изучаемых течений использование любого из приведенных выше соотношений для определения объемной концентрации частиц будет приводить к практически одинаковым результатам. Что касается массовой концентрации частиц, то ее значение согласно выражению (1.5) для потоков, где масса частиц в несколько раз превосходит массу газа, с ростом содержания дисперсной фазы практически не изменяется и асимптотически стремится к единице, что не совсем удобно. Вследствие этого использование выражения (1.7) для определения массовой концентрации частиц является предпочтительным.

Использование соотношений (1.6) и (1.7) приводит к очевидным выражениям, связывающим массовую, объемную и счетную концентрации частиц в виде p M=, (1.8) Nd p =. (1.9) При проведении экспериментальных исследований гетерогенных потоков часто используют понятия объемной и массовой расходных концентраций, которые для рассматриваемых видов течений определим следующим образом GVp G =, (1.10) GVg G Mp MG =, (1.11) G Mg где объемные и массовые расходы частиц ( GVp, G Mp ) и газа ( GVg, G Mg ) через некоторую площадку S представим в виде d p GVp = N VS, (1.12) GVg = US, (1.13) d p G Mp = N p VS, (1.14) G Mg = US, (1.15) где N - счетная концентрация частиц (число частиц в единице объема), V - нормальная (к площадке S ) скорость частиц, U – нормальная скорость газа.

Из (1.6) – (1.15) несложно получить выражение для связи «истинных»

значений объемной (массовой) концентрации дисперсной фазы и объемной (массовой) расходной концентрации:

M U = =. (1.16) G M G V Таким образом для случаев не ограниченных стенками восходящего ( U V ) и нисходящего ( U V ) потоков имеем M M G и M M G соответственно.

Выше шла речь о локальных концентрациях частиц в потоке. В случае, когда распределение дисперсной фазы неоднородно по сечению канала (трубы), т.е. (r) const, M (r ) const, зачастую бывает необходимо знать средние (по пространству) концентрации частиц, определяемые для течения в трубе следующим образом R (r)rdr =, (1.17) R2 R M ( r )rdr M =. (1.18) R2 Теперь перейдем к рассмотрению основных характеристик гетерогенных потоков, в которых имеют место различные столкновительные процессы.

Столкновения частиц между собой. Безразмерным параметром, характеризующим влияние процесса межчастичных столкновений на движение дисперсной фазы, является «столкновительное» число Стокса Stk c (см. Гл. 3 раздел 3.3).

Столкновения частиц со стенками канала. Безразмерным параметром, характеризующим влияние процесса ударного взаимодействия частиц со стенкой на движение дисперсной фазы, является «столкновительное» число Стокса Stk cw (см. Гл. 4 раздел 4.3).

Числа Стокса. Запыленные потоки воздуха как правило имеют турбулентный характер несущей фазы. Турбулентный поток характеризуется целым рядом пространственных и соответствующих им временных масштабов [30]. Процессы межчастичных столкновений и столкновений со стенкой каналов также имеют свои характерные времена. Вследствие этого представляется целесообразным построение ряда безразмерных критериев – чисел Стокса, характеризующих инерционность частиц по отношению к тем или иным масштабам течения и столкновительным взаимодействиям.

Число Стокса (осредненное движение). В случае движения частицы в потоке газа, где имеется градиент осредненной скорости в продольном направлении (например, при течении в соплах, пограничном слое или вблизи обтекаемых тел), а также при разгоне частиц в потоке с постоянным значением осредненной скорости, необходимо учитывать инерционность частиц при анализе процесса релаксации осредненных скоростей фаз. Для этого необходимо ввести число Стокса в осредненном движении, которое запишем в следующем виде:

p Stk f =, (1.19) Tf где T f - характерное время несущей фазы в осредненном движении.

Число Стокса (крупномасштабное пульсационное движение).

Параметром динамической инерционности частиц в крупномасштабном пульсационном движении является число Стокса, которое запишем как p Stk L =, (1.20) TL где TL - характерное время несущего газа в крупномасштабном пульсационном движении (временной лагранжев интегральный масштаб турбулентности).

Число Стокса (мелкомасштабное пульсационное движение). Инерцию частиц в мелкомасштабном пульсационном движении также охарактеризуем числом Стокса, которое представим следующим образом:

p Stk K =, (1.21) K где K - временной колмогоровский масштаб турбулентности.

Отметим, что при рассмотрении неизотермических гетерогенных потоков необходимо введение соответствующих безразмерных параметров, характеризующих тепловую инерционность частиц по отношению к соответствующим характерным временным масштабам изменения температуры несущей среды.

Число Стокса (межчастичные столкновения). Процесс релаксации скоростей сталкивающихся частиц может быть охарактеризован столкновительным числом Стокса, которое запишем в следующем виде:

p Stk c =, (1.22) c где c – среднее время между соударениями частиц.

Выражение (1.22) для частиц сортов i и j может быть переписано как pi Stk cij =, (1.23) cij pj Stk cji =. (1.24) cji Величина столкновительного числа Стокса определяет степень влияния межчастичных соударений на движение дисперсной фазы. Так, если время динамической релаксации частиц мало по сравнению со временем между последовательными столкновениями ( Stk c 0 ), то частицы быстро восстанавливают свою первоначальную скорость. В этом случае соударения практически не оказывают влияния на динамику частиц. В другом предельном случае время между столкновениями намного меньше времени динамической релаксации частиц ( Stk c ), и движение дисперсной фазы в значительной степени определяется процессами межчастичных столкновений.

Число Стокса (столкновения частиц со стенкой). Процесс релаксации скоростей частиц, взаимодействующих со стенками канала, по аналогии с процессом межчастичных столкновений также может быть охарактеризован «своим» столкновительным числом Стокса p Stk cw =. (1.25) cw Величина данного столкновительного числа Стокса определяет степень влияния соударений частиц со стенкой канала на их динамику.

Если время динамической релаксации частиц мало по сравнению со временем между столкновениями ( Stk cw 0 ), то частицы быстро восстанавливают свою первоначальную скорость. В этом случае соударения со стенкой практически не оказывают влияния на движение частиц. В другом предельном случае время между соударениями намного меньше времени динамической релаксации частиц ( Stk cw ), и движение дисперсной фазы в значительной степени определяется процессами столкновений со стенкой канала.

Приведенные в разделе 1.3 основные характеристики гетерогенных потоков будут привлекаться при последующем изложении материала.

Классификация гетерогенных турбулентных потоков. Наличие многочисленных режимов течения газовзвеси [30], определяемых как параметрами несущего газа (физическими свойствами, числом Рейнольдса, интенсивностью турбулентных пульсаций, масштабами турбулентности и т.д.), так и параметрами самих частиц (физическими свойствами, числом Рейнольдса частицы, локальной концентрацией, полидисперсностью и т.п.) существенно осложняет использование классической теории моделирования, что делает невозможным систематизацию и обобщение получаемых исследователями результатов. Попытки систематизации гетерогенных потоков путем определения границ применимости различных расчетных моделей, составлением схем режимов течений, поиска одного универсального параметра, определяющего вид течения, не увенчались успехом, а полученные классификации вряд ли можно считать полными и претендующими на законченность.

Для определения типа (класса) гетерогенного потока в [30] предлагается использовать совокупность классификаций двухфазных течений по объемной концентрации (столкновительному числу Стокса) и числам Стокса (в осредненном, крупномасштабном и мелкомасштабном пульсационных движениях). Таким образом можно заранее оценить наличие и интенсивность определяющих межфазных взаимодействий и обменных процессов.

Классификация по объемной концентрации частиц. При незначительной объемной концентрации дисперсной примеси ( 10 6 ) ее осредненное по времени воздействие на течение несущей среды пренебрежимо мало, а вероятность межчастичных столкновений близка к нулю ( Stk c 0 ). В гетерогенных потоках этого типа определяющим взаимодействием является влияние несущей фазы на взвешенные частицы, полностью определяющее все их характеристики (осредненную и пульсационную скорости и температуры, локальную концентрацию и т.д.). При возрастании объемного содержания (10 6 10 3 ) дисперсная примесь в свою очередь начинает оказывать обратное воздействие на несущую среду. Что касается межчастичных столкновений, то с ростом концентрации их вероятность возрастает ( Stk c O( 1 ) ). Гетерогенные течения этих двух типов часто называют слабозапыленными потоками. В сильнозапыленном потоке ( 10 3 ) в дополнение к уже описанным взаимодействиям между взвешенными частицами и несущей фазой добавляется интенсивное взаимодействие частиц между собой, во многом определяющее характеристики обеих фаз гетерогенного течения ( Stk c ).

Постановка задачи. Предметом диссертационного исследования были выбраны неравновесные сильнозапыленные потоки с крупными инерционными частицами (влиянием на которых пульсационного движения несущей среды можно пренебречь), характеризующиеся наличием межфазного динамического скольжения в осредненном и пульсационном движениях. Целью диссертационной работы являлось изучение характеристик движения дисперсной фазы в сильнозапыленных потоках при наличии интенсивных столкновительных взаимодействий.

ГЛАВА МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Предварительные замечания Данная глава посвящена особенностям изучения поведения крупных твердых частиц в сильнозапыленных потоках воздуха с использованием лазерных доплеровских анемометров (ЛДА). Рассмотрены методические особенности ЛДА-измерений скоростей крупных частиц в сильнозапыленном гетерогенном потоке. Исследованы возможности серийного лазерного доплеровского анемометра для измерения скоростей твердых частиц высококонцентрированного гетерогенного потока. Проанализированы зависимости основных характеристик доплеровского сигнала от режимов течения. Экспериментальным путем установлены параметры гетерогенного потока, при которых возможно использование ЛДА. Описана разработанная автором методика определения параметров запыленного потока (толщина, размер и концентрация частиц), при которых возможно использование ЛДА.

В заключительной части главы приведены схема и принцип действия экспериментальной установки, созданной в отделе теплообмена ОИВТ РАН для исследования характеристик нисходящих потоков «газ – твердые частицы», обоснование использовавшихся в диссертационном исследовании режимов гетерогенного течения, а также характеристики используемых твердых частиц.

2.2. Метод ЛДА и его особенности Метод лазерной доплеровской анемометрии относится к оптическим методам исследования как однофазных, так и многофазных потоков [1– 4]. Лазерные доплеровские анемометры в последние десятилетия с успехом используются для проведения измерений характеристик как однофазных, так и слабозапыленных гетерогенных потоков.

Многочисленные литературные данные по ЛДА-измерениям охватывают случаи потоков с дисперсными включениями, находящимися в разнообразных агрегатных состояниях – твердом (частицы), жидком (капли) и газообразном (пузыри), и имеющими самые различные размеры. Краткое описание преимуществ и принципа работы метода лазерной доплеровской анемометрии приведено в Прил.1.

2.2.1. Измерение скорости «чистого» воздуха Требования к частицам-трассерам. Для измерения гидродинамических характеристик «чистого» воздуха используются частицы–трассеры. Частицы–трассеры должны удовлетворять двум требованиям: иметь хорошие светорассеивающие свойства и иметь инерционность, позволяющую по ним отслеживать динамические характеристики несущей среды.

Время динамической релаксации частиц p p d 2 / 18µ, p где p – плотность материала частиц, d p – диаметр частиц, µ – динамическая вязкость воздуха определяет степень точности отслеживания крупномасштабных возмущений турбулентного потока. Их допустимую частоту можно определить как 1 1 f= 1, 2 p Ar 2 Ar где – ослабляющий параметр равный отношению амплитуд «установившихся колебаний» скоростей частиц и несущей среды.

Для параметра Ar = 0,707 ( 3 db) частоту можно найти как [5, 6] f=.

2 p В текущем эксперименте для засеивания потока частицами трассерами, моделирующими движение несущей среды, использовался генератор микрометровых частиц типа 55L18 фирмы Dantec (Дания), работающий на смеси глицерина с водой.

Диаметр генерируемых частиц по паспорту прибора находится в диапазоне от 2 до 5 мкм, которые имеют время динамической релаксации от 1 10 5 до 7 10 5 с соответственно. Такие частицы являются малоинерционными и с точностью 2% отслеживают крупномасштабные возмущения турбулентного потока со спектром, f = 3,0 0, содержащим частоты вплоть до частот кГц. В экспериментальной работе при моделировании сильнозапыленных потоков глицериновые частицы использовались для тарировки расхода воздуха через рабочий участок путем измерения профиля скорости «чистого» воздуха при отсутствии в потоке дисперсной фазы. В зависимости от конфигурации рабочего участка ЛДА-измерения характеристик «чистого» воздуха производились как на срезе, так и как по сечению канала рабочих участков. Во втором случае доступ зондирующих пучков в поток осуществлялся через оптическое окно как показано на Рис. 2.1 а, б.

Сканирование измерительной области осуществлялось при помощи траверсной системы 57H00 фирмы Dantec, позволяющей автоматически перемещать точку измерения (измерительный объем ЛДА) с точностью ±10 мкм вдоль радиуса измерительного сечения.

Главными критериями качества сигнала при ЛДА-измерениях с помощью процессора счетного типа (модель 55L90a LDA Counter Processor), являются две величины: частота поступления данных от дисперсной фазы («Date rate», Гц) и достоверность поступающих сигналов («Validated», %), которые контролировались с помощью системы управления, сбора и обработки данных диагностического комплекса (Рис. 2.2 а, б).

а) б) Рис. 2.1. Фотография рабочего участка в области измерения:

а – однофазное течение;

б – запыленное течение Для наблюдения за спектром частот доплеровского сигнала при настройке оптикоэлектронной системы использовался анализатор спектра (модель СК4-59 Рис.2.3 a, б). На Рис. 2.3б показана фотография типичного спектра доплеровского сигнала от микрометровых частиц трассеров.

а) б) Рис. 2.2. Фотография:

а – система сбора и обработки данных;

б – передняя панель процессора 55L90a б) а) Рис. 2.3. Анализатор спектра При измерениях скорости воздуха с помощью частиц трассеров частота поступления данных должна быть больше 1,5 кГц и достоверность сигнала больше 15%.

Источники погрешности метода ЛДА. Корректная интерпретация экспериментальных данных зависит от их достоверности, которая определяется точностью используемого метода измерений. Метод ЛДА имеет характерные методические и инструментальные погрешности, влияющие на точность измерения кинематических характеристик исследуемого потока. Погрешность результата измерений при определении основных кинематических характеристик потока в результате статистической обработки экспериментальных данных рассмотрена в Приложении 1. При сильных флюктуациях измеряемой величины, например скорости твердых частиц испытывающей частые соударения, что характерно для сильнозапыленных потоков, оценка и знание причин инструментальной погрешности метода ЛДА является актуальной задачей для исключения вероятных грубых промахов, а также для оценки и возможного уменьшения систематической составляющей погрешности измерений.

Систематическая погрешность измерения скорости из-за ошибки в определении угла пересечения лазерных пучков. Погрешность определения угла пересечения лазерных пучков (обычно 0,1° [7]), влияет на точность интерпретирования доплеровского сигнала (см.

~ ( sin 2 ) 1. Анализ показал, что точность Приложение) как определения расстояния H между пучками при выходе из собирающей линзы с фокусным расстоянием f = 310 мм при определении угла пересечения лазерных пучков влияет следующим образом (Рис. 2.4).

1) При ошибке в определении расстояния между пучками H = 0, мм ошибка определения угла пересечения пучков составляет 0,1°, при этом ошибка определения периода интерференционной решетки f, а, следовательно, и скорости (см. Прил.1) составляет 0.5 = 5,9% при = 1,5° ( H = 8 мм) и становится меньше 0.5 1,2%, начиная со значений 7,4° ( H = 40 мм).

2) При ошибке расстояния между пучками в H = 1 мм ошибка определения угла пересечения пучков составляет 0,19°, при этом ошибка определения периода интерференционной решетки f составляет 1.0 = 11,1% при = 1,5° ( H = 8 мм) и становится меньше 1.0 2,4% начиная со значений 7,4° ( H = 40 мм).

H, мм Рис. 2.4. Зависимость относительной ошибки определения скорости частиц в зависимости от измеряемого расстояния между пучками при ошибке его измерения 0,5 мм и 1,0 мм Ошибки доплеровского сигнала. Источниками погрешности метода являются также следующие эффекты [8–11]:

1) «Particle averaging bias» – Ошибка осреднения частиц. Заключается в ошибке определения среднего значения (а также их дисперсии [12]) поступающих данных, при их осреднении без учета влияния скорости потока на частоту поступления данных, а следовательно на весовую долю измерения. При равномерном распределении светорассеивающей примеси частота поступления данных, на основе которой проводится осреднение, будет зависеть от числа частиц прошедших через измерительный объем, а, следовательно, от их скорости. Данный эффект может быть значителен при малой концентрации светорассеивающей примеси в потоке или в реверсивных потоках, когда значение частоты поступления данных может мгновенно уменьшаться. В потоках с значительными флуктуациями концентрации частиц (напр. в псевдоожиженных кипящих слоях) устранение ошибки возможно с помощью «пост-процессорной» обработки данных например по методике [13].


2) «Velocity gradient broadening» – Уширение спектра сигнала из-за градиента скорости. Данный эффект связан с эффективным размером измерительного объема при его помещении в область потока имеющим градиент скорости. В этом случае через измерительный объем будут проходить частицы, имеющие различные скорости, приводя к фиксированию в данной области измерения дополнительной кажущей турбулентности. Это приводит к росту дисперсии экспериментальных данных на величину ( U y ) 2, где U y – градиент осредненной скорости потока в области измерения, c–1;

– стандартное отклонение, м, приблизительно равное 1 4 диаметра измерительного объема [9]. Для уменьшения ошибки измерений можно воспользоваться корректировкой результатов по методике [14] либо с помощью дополнительных измерений [15] по методике предложенной в [16].

3) «Finite transit time broadening» – Естественное уширение спектра доплеровского сигнала из-за конечного времени пролета частицей измерительного объема [6]. История изучения эффекта приведена в [17].

Этот эффект связан с фиксированным количеством числа интерференционных полос в измерительном объеме, от которого зависит точность определения частоты доплеровского сдвига. Эффект приводит к доплеровскому уширению спектра сигнала на величину 2 A (где A – длительность сигнала, с) [6], и, следовательно к f 2 A. Также ошибке определяемой скорости на величину увеличивается дисперсия измеряемой осредненной скорости потока U на величину ( 2 2 U N f ) 2 (где N f – число интерференционных полос в измерительном объеме) [9]. Данный эффект можно уменьшить введением частотного сдвига f в один из лазерных пучков. В результате этого в области их пересечения, образующиеся интерференционные полосы «бегут» со скоростью [6] f Vf =, 4 sin где – длина волны излучения лазера, мкм;

– угол пересечения пучков;

тем самым, уменьшая время взаимодействия частицы с необходимым количеством периодов интерференционной решетки. Введение данного сдвига позволяет также устранить неопределенность знака величины измеряемой скорости.

Возмущение исследуемого потока лазерным излучением. Одним из главных достоинств метода лазерной анемометрии как оптического метода диагностики потоков считается возможность проведения измерений без возмущения течения в области исследования. Однако при измерении малых скоростей нельзя пренебрегать возмущением среды зондирующем полем. Действие сил, связанных с рассеиванием и градиентами интенсивности света, на частицы микронных размеров было изучено в [90] и в дальнейших исследованиях была продемонстрирована возможность манипулирования макрочастицами размерами порядка нескольких микрометров с помощью лазерного излучения На данном эффекте основан метод манипулирования коллоидными частицами под воздействием света, известный как «оптический пинцет» (optical tweezers). Оптический пинцет позволяет прилагать к частицам силы до 100 пН. В воздухе максимальная скорость для капель воды диаметром 5 микрон при мощности лазера 50 мВт составляет около 0,25 см/c. Примерно на такую же величину было зафиксировано изменение скорости дымовых частиц при ЛДА измерениях в [91, 92], где было показано, что в потоках с малыми скоростями (порядка см/c) содержащем микрометровые частицы следует учитывать светодинамическое воздействие лазерных пучков на рассеивающую частицу. Влияние может проявляться через световое давление либо фотофорез. В дифференциальной схеме ЛДА в наибольшей степени светодинамический эффект влияет при измерении ортогональной компоненты.

Анализ погрешности измерения скоростей «чистого» воздуха показал, что ошибка в ее определении составляет не более 2%.

Среднеквадратичные пульсации «чистого воздуха» удается определять с погрешностью 7%.

2.2.2. Измерение скоростей твердых частиц Основной задачей ЛДА-исследований характеристик движения крупных частиц, представляющих дисперсную фазу гетерогенного потока, является измерение их мгновенных скоростей. Фотография рабочего участка в области измерения течения, содержащего твердые частицы, показан на Рис. 2.1б.

Однако серийные ЛДА разрабатывались для измерения скоростей однофазных потоков, т.е. мелких (порядка длины волны оптического излучения) частиц-трассеров, моделирующих движение несущей сплошной среды. Для оптически больших частиц с относительным размером = d p / 1, где d p - диаметр частицы;

рассеяние света имеет очень сложный характер [18] и происходит с эффектами как геометрической, так и волновой оптики, каждый из которых при определенных условиях может давать значительный вклад в сигнал лазерной измерительной системы. Вследствие этого, при планировании измерений скоростей крупных частиц необходимо учитывать особенности рассеяния света на них. Более подробно особенности рассеяния света большими частицами для лазерной анемометрии будет рассмотрено далее (см. раздел 2.2.3.2).

Рассмотрим образование Частота доплеровского сигнала.

доплеровского сигнала на крупной прозрачной частице. Традиционное представление доплеровского сигнала с помощью интерференционной модели в случае крупных частиц может быть использовано условно только в некоторых случаях т.к. два механизма рассеяния на большой частице дают достаточно сложную для анализа модель формирования доплеровского сигнала. При малых углах наблюдения необходимо учитывать также наличие дифракционной составляющей рассеяния, вместе с которой две компоненты рассеянного частицей излучения (отражение и преломление) могут давать сигнал на ФЭУ эквивалентный двенадцати измерительным объемам [19]. Тем не менее в [19] показана возможность ЛДА-измерений скоростей крупных частиц.

Для больших частиц ( d p / 3 ) падающий свет представим в виде отдельных лучей [6]. Таким образом для крупной частицы рассеянное излучение может попадать на ФЭУ как в результате отражения, так и преломления обоих пучков падающих на частицу, как схематично показано на Рис. 2.5 (капля воды в воздухе).

В результате изучения взаимодействия лазерных пучков с крупными частицами в [19] установили, что для дифференциальной схемы ЛДА частота доплеровского сигнала не зависит от угла приема рассеянного частицами излучения. Частоту сигнала, образованного в результате взаимодействия на ФЭУ отраженных составляющих рассеяния (от пары лучей 1-0 2-0) можно найти как:

[ ] U x cos 1 ± U y sin 1 sin fD =, (2.2.1) где U x и U y – продольная и поперечная компонента скорости частицы, – угол пересечения лазерных пучков;

1 – угол между отраженными лучами.

Рис. 2.5. К определению доплеровской частоты рассеянного излучения Угол 1 зависит от угла пересечения лазерных пучков и от отношения расстояния до ФЭУ к диаметру частицы. Для больших значений отношения L d p, где L – расстояние до ФЭУ, угол 1 0. В большинстве практических случаях угол 1 мал так, что U y sin значительно меньше U x cos 1 и выражение (2.2.1) можно записать как 2 U x sin 2.

fD (2.2.2) При образовании сигнала от преломленных лучей 1-1 и 2- доплеровская частота не зависит от скорости частицы в направлении оси Y и определяется как:

sin 2 ) 2 U x (sin fD, где 2 – угол между преломленными лучами.

При больших значениях L d p угол 2 0 и выражение для частоты доплеровского сигнала принимает вид (2.2.2), совпадающий с определением частоты доплеровского сигнала для мелких частиц (см.

Прил. 1). Таким образом, продемонстрирована принципиальная возможность использования ЛДА для измерения скоростей крупных частиц. Данные выводы были подтверждены экспериментально [19].

В диссертационном исследовании измерения скоростей твердых частиц проводились как в неподвижном воздухе, так и в потоке воздуха, профиль скорости которого предварительно измерялся с использованием частиц-трассеров. Обратное влияние дисперсной фазы на течение не исследовалось, поэтому во время рабочего эксперимента с твердыми частицами подача глицериновых частиц отключалась.

Особенности использования процессоров счетного типа (Counter Для корректного измерения скоростей крупных Processor).

полидисперсных частиц с помощью процессоров счетного типа (Counter Processor) необходим высокий уровень отношения сигнал-шум [5, 20, 21], а также режим одночастичного сигнала [21, 22]. Некоторые методы оптимизации параметров оптикоэлектронной системы ЛДА, улучшающие ее работу с твердыми частицами рассмотрены в [23]. В нашем случае система настраивалась таким образом, чтобы напряжение на ФЭУ было порядка 0,5 кВ;

диапазон охватываемых частот процессора доплеровского сигнала соответствовал сигналам от всех частиц, попадающих в измерительный объем с одной стороны, но исключал помехи с другой. Достоверность сигналов поддерживалась не менее 15%.

Погрешность измерения скоростей твердых частиц с помощью ЛДА составляет 5%, а определения их среднеквадратичных пульсационных скоростей – 12%.

2.2.3. Особенности ЛДА-измерений в сильноконцентрированных потоках с крупными частицами Общие замечания. В высоконцентрированных гетерогенных потоках [24], где объемная концентрация светорассеивающих частиц Ф 0.001, применение ЛДА осложнено.

Это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, рост объемного содержания дисперсной фазы может вызвать ослабление лазерных пучков, формирующих измерительный объем, приводя к его деформации [11, 25–30]. Во-вторых, увеличение концентрации частиц способствует ухудшению отношения сигнал-шум при многочастичном режиме [25, 26, 29, 31, 32] и ослаблению рассеянного частицами излучения [25, 26, 29], что затрудняет работу принимающей оптико электронной системы ЛДА. Указанные обстоятельства существенно ограничивают эффективность применения ЛДА для изучения характеристик высококонцентрированных гетерогенных потоков.


В зависимости от толщины потока и параметров дисперсной примеси по условиям лазерно-анемометрических измерений в них дисперсные потоки могут относится к оптически плотным средам при объемном содержании примеси начиная с O( 0,01 )%. Так в работе [33] при изучении влияния мутности на характеристики доплеровского сигнала систематическая погрешность определения размера частиц диаметром 40 и 105 мкм начинала превышать 10% при объемной концентрации частиц начиная с 0,003% и 0,018% соответственно. При этом среднеквадратичная ошибка определения размера частиц диаметром больше 100 мкм начинает превышать 10% начиная со значения 0,1%.

объемной концентрации В исследовании [34] анализ опубликованных данных показал, что из-за влияния мутности среды, проявляющейся во взаимодействии дисперсной фазы с лазерными пучками формирующих измерительный объем, а также многочастичного сигнала точность измерения локальной концентрации дисперсной фракции с помощью различных методов лазерной анемометрии может заметно снижаться при значениях объемной концентрации частиц выше 0.005% (соответствует 5% массовой концентрации для капель воды в потоке воздуха). При этом погрешность определения концентрации в методах основанных на измерении размера частиц сильно зависит от точности их определения (т.к. Ф ~ d p ) и могла возрастать с характерных 20% до 100 %.

Ниже более подробно рассмотрены эффекты высокой концентрации дисперсной фазы при работе ЛДА.

2.2.3.1. Влияние дисперсной примеси вне измерительного объема на условия работы ЛДА Влияние дисперсной примеси на формирование измерительного объема. Расчет влияния неоднородностей на распространение пучка в общем виде представляет собой крайне трудную задачу [82, 83] и в основном изучается экспериментальным путем. Распространение лазерных пучков от места ввода в поток до измерительного объема в среде содержащей оптические неоднородности всегда сопровождается различными по масштабу и эффектам возмущениями. Так, в работе [35] при измерениях в потоке при сжигании угля, было установлено, что вероятность пересечения лазерных пучков во времени при расстоянии от места их ввода (стенки топки котла) до измерительного объема в 1 м составила менее 1%. В исследовании [36], где изучалось влияние дисперсной фазы в качестве источника флуктуаций показателя преломления на лазерные доплеровские измерения, приводится классификация возмущений по масштабу и эффекту. В результате проявления таких эффектов как «эффект слоя» и «эффект клина» на возмущениях разных масштабов (больше оптической апертуры, порядка диаметра лазерного пучка, малые по сравнению с диаметром лазерного пучка) может происходить смещение зондируемого объема вдоль оптической оси;

смещение лучей формирующих измерительный объем;

сдвиг интерференционной картины по отношению к измерительному объему;

искажение волнового фронта распространяющихся пучков, приводящее к деформации формы измерительного объема и интерференционной картины;

потеря интенсивности излучения из-за рассеяния из основных пучков, а также их комбинации. В общем случае конечный эффект зависит от конкретного вида поля флуктуаций показателя преломления в каждый момент времени т.е. от скорости, размера, концентрации и расположения частиц.

Влияние дисперсной примеси на доплеровский сигнал. В работе [36] удалось выделить целый ряд эффектов, которые оказывают влияние на доплеровский сигнал в результате прохождения лазерных пучков в среде с флуктуациями показателя преломления, а именно: возмущение амплитуды доплеровского сигнала, дополнительная случайная модуляция фазы сигнала или уход измерительного объема. При этом фазовые сдвиги, возникающие при распространении светового пучка через среду, в которой проводятся измерения будут детектироваться и регистрироваться на приемном устройстве как фазовый шум сигнала.

Сильные оптические возмущения могут приводить к дроблению (см.

Рис. 2.6) и даже к потере сигнала [30, 36, 37].

Рис. 2.6. Схема образования «эффекта дробления сигнала» [30] Так в работе [37] при изучении потока содержащего полидисперсные частицы стекла диаметром 50 100 мкм при их массовой расходной M G = 0,3, концентрации доля дробных сигналов в результате блокирования лазерных пучков дисперсной фазой достигала 3%.

Ослабление рассеянного частицами излучения дисперсной фазой затрудняет работу принимающей оптикоэлектронной системе ЛДА.

Например, в исследовании [38] указывается, что режим прямого рассеяния позволяет провести измерения в крови с объемной концентрацией красных кровяных телец 45% (диаметр примерно 8 мкм и толщина 3 мкм) при толщине потока не более 200 мкм. По сравнению с эффектом ослабления интенсивности рассеянного излучения, которое можно компенсировать увеличением мощности лазера, увеличением площади диафрагмы собирающего объектива фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), усилением его чувствительности, а также усилением поступающего на процессор сигнала, более критичным является эффект искажения фазовой составляющей доплеровского сигнала рассеянного излучения в случае нарушения режима его однократного рассеяния [39]. Однократное рассеяние света в общем случае определяется условием того, что луч, отклонившийся от первоначального направления при встрече с частицей, выйдет из слоя не встретив больше на своем пути других частиц. Данное обстоятельство накладывает ограничение на оптическую толщину потока в направлении наблюдения – от частицы в измерительном объеме к ФЭУ. Оптическая толщина потока зависит от оптической плотности среды, определяемой экспериментальным путем и от длины трассы прохождения в ней пучка.

Оптическая плотность дисперсного потока зависит от оптических свойств несущей среды, а также от скорости, концентрации, размера и оптических свойств содержащихся в ней частиц. Оптическая толщина потока вдоль направления пучка (или в направлении наблюдения рассеянного излучения) определяет степенную зависимость ослабления его интенсивности в рассеивающей среде как e. Данный факт установлен многочисленными наблюдениями для самых разнообразных сред включающие в себя как оптически прозрачные с режимом однократного рассеяния проходящего излучения (легкие аэрозольные образования) так и оптически плотные, характеризующихся диффузным прохождением в них излучения с поглощением и многократным рассеянием (высококонцентрированные дисперсные и оптически плотные потоки и среды, биоткани) [2, 39–51]. В [43] приводится условие для величины оптической толщины потока, определяющей режим преобладающего однократного рассеяния как 0,1. Если значения оптической толщины находятся в диапазоне 0,1 0,3, то необходимо учитывать рассеяния второго порядка. В [87] критерием выполнения допущения однократного рассеяния служит соотношение 0,3. Применительно к лидарным измерениям в аэрозольных атмосферных образованиях условие режима однократного рассеяния задано как 1 в [52], 3 в [53] и 0,5 в [95].

Условие однократного рассеяния света можно дополнить условием независимости рассеивания т.е. малости эффектов взаимодействия рассеянного излучения от разных частиц, которое в [6] определяется требованием к среднему расстоянию между частицами, как l 1 и к оптической толщине потока как 1. (2.2.3).

В [95, 94] данное требование определяется условием l 10d p 2.

Критерием отсутствия интерференции рассеянного отдельными частицами излучения в [87] считается условие l 5 и более строго, там же предельное расстояние между частицами, при котором еще можно не учитывать интерференцию волн от отдельных частиц определяется как lmax = 3d p 2. (2.2.4) Далее с помощью (2.2.3) и (2.2.4) произведем оценку параметров потока удовлетворяющих условиям однократного рассеяния и отсутствия интерференции рассеянного излучения от отдельных частиц соответственно.

Необходимо отметить, что отношение (2.2.4) заключает в себе неопределенность входящего в него среднего расстоянием между частицами.

При определении расстояния между частицами как расстояния между их центрами в допущении их условной кубической «упаковки»

(соответствующей условию равномерного распределении частиц в пространстве), используя определение для объемной концентрации частиц можно записать d p 3 l =. (2.2.5) 6 Ф С помощью данного определения в [87] находится предельное значение концентрации частиц удовлетворяющее требованию (2.2.4) как d p 3 3d p Фmax = = = 0,155. (2.2.6) 6 2 6 При малых относительных расстояниях между частицами расстояние между ними можно определять через минимальное расстояние между их поверхностями (при равномерном распределении частиц в пространстве). Для этого случая справедливо выражение 3 l = 1 d p. (2.2.7) 6Ф Подставляя (2.2.4) в выражение (2.2.7) получим 3 l 1 = max = 6Ф dp max Следовательно, условие (2.2.4) в более строгой постановке определяет допустимое значение объемной концентрации частиц как Фmax = = 0,034. (2.2.8) 6 + Как можно заметить, учет размера частиц при определении среднего расстояния между ними существенно снижает допустимое значение их объемной концентрации удовлетворяющее требованию (2.2.4) чем найдено с помощью (2.2.6) по определению [87].

Таким образом среднее расстояние между частицами определяемое объемной концентрацией частиц с помощью соотношения (2.2.4) определяет допустимое значение объемной концентрации частиц.

С помощью требования (2.2.3) можно определить допустимое значение относительного размера исследуемой области течения при предельном значении концентрации частиц по условию (2.2.4) следующим образом.

В [6] оптическая толщина потока определяется как = d p 2 l l 3, (2.2.9) где l – характерный размер исследуемого течения.

Подставляя (2.2.4) в (2.2.9) получим допустимое значение оптической толщины потока в виде 3d p l l max = d p =.

2 d p Применение к данному отношению требования (2.2.3) позволяет оценить допустимые относительные размеры исследуемой области течения при предельном значении концентрации частиц по условию (2.2.4) как l max = 3,4 max 3,4.

dp Далее определим допустимые размеры течения в зависимости от условия (2.2.3). С учетом (2.2.5) выражение (2.2.9) для оптической толщины потока можно представить в виде 6Ф 6Фl = d p 2l =. (2.2.10) d p d p Выражение (2.2.10) удовлетворяет неравенству (2.2.3) при условии 6Фl 1.

d p Следовательно условие (2.2.3) определяет допустимые относительные размеры исследуемой области течения в зависимости от объемной концентрации частиц как l. (2.2.11) dp 6Ф Оценку параметров потока удовлетворяющих требованию однократного рассеяния в соответствии с условием (2.2.3) проведем также с помощью определенного среднего расстояния между частицами в виде (2.2.7). В этом случае выражение (2.2.5) для оптической толщины потока примет вид l 3 = d p 2l = 1.

(2.2.12) 3 d p 6Ф 3 1 d p 6Ф Таким образом, с учетом (2.2.12) условию (2.2.3) будет удовлетворять следующее неравенство l 1 1.

d p 6Ф Следовательно, допустимые относительные размеры исследуемой области течения в зависимости от объемной концентрации должны удовлетворять условию 3 l 1. (2.2.13) 6Ф dp Отличие в величине относительного размера течения, получаемого при оценке произведенной по формуле (2.2.13) и по формуле (2.2.11) существенно, начиная со значения объемной концентрации Ф 0, (при Ф = 0,1 отличие в 2,5 раза). Данные, вычисленные по формуле (2.2.13) по сравнению с формулой (2.2.11) дают значения допустимых размеров течения в (10 200) раз ниже для значений Ф = 0,1 0, соответственно.

Соотношение (2.2.11) для частиц диаметром частиц диаметром 50, 100, 200 мкм при их объемной концентрации Ф = 0,001 и Ф = 0, определяет значения l как 26, 52, 105 мм и 2,6, 5,2, 10,5 мм соответственно.

Соотношение (2.2.13) для частиц диаметром частиц диаметром 50, 100, 200 мкм при их объемной концентрации Ф = 0,001 и Ф = 0, определяет значения l как 18, 35, 70 мм и 1,0, 2,1, 4,1 мм соответственно.

Применение данных оценок к рассеянному частицами излучению в направлении ФЭУ в среде содержащей крупные дисперсные частицы требует экспериментальной проверки.

Приведенная выше методика может помочь при планировании исследований в выборе средств диагностики, а также в выборе параметров и геометрии исследуемой области течения.

2.2.3.2. Влияние дисперсной примеси в измерительном объеме на условия работы ЛДА Влияние концентрации частиц. Независимо от глубины зондирования потока увеличение концентрации частиц в измерительном объеме способствует ухудшению отношения сигнал-шум на приемном устройстве из-за нарушения одночастичного режима работы лазерно доплеровского анемометра, являющимся условием его корректной работы [21, 22, 32, 54].

Одночастичный режим означает, что регистрируемый на процессоре сигнал принадлежит одной частице и, следовательно, только одна частица должна находится в измерительном объеме в любой момент времени. Зная размеры измерительного объема, концентрацию и размер частиц можно оценить данное условие следующим образом.

Для измерительного объема с объемом VMV, в потоке с частицами со средней счетной концентраций N p число частиц N, находящихся в измерительном объеме в каждый момент времени подчиняется распределению Пуассона [1, 6, 21, 55, 56]:

N N exp( N ), P( N ) = (2.2.14) N!

где N – среднее число частиц находящихся в объеме и может быть найдено как N = V MV N p, (2.2.15) Вероятность многочастичного сигнала определяется вероятностью появления в измерительном объеме двух частиц [1, 21]:

N exp( N ), P( 2 ) = (2.2.16) 2!

а более строго – вероятностью появления любого числа частиц больше одной:

P( 1 ) = 1 P( 0 ) P( 1 ). (2.2.17) На Рис. 2.7. приведен результат расчета по формулам (2.2.16) и (2.2.17).

Проведенные оценки показывают, что при среднем числе частиц в N 0.01 = 0,01 вероятность многочастичного измерительном объеме сигнала (при обнаружении в измерительном объеме N = 2 частиц) будет равна 0,005% и ею можно пренебречь [21]. Если в измерительном N 0.1 = 0,1 частиц, то вероятность объеме в среднем содержится обнаружения в этом объеме N = 2 частиц будет составлять 0,45% и начинать сказываться на работе процессора.

N 1 вероятность многочастичного Для среднего числа частиц сигнала составляет более 18,4% и достоверность данных будет устойчиво низкая.

P N Рис. 2.7. Распределение вероятностей в зависимости от объемной концентрации по формуле: 1 – (2.2.16);

2– (2.2.17) N 0.1 = 0,1.

Объемная и массовая концентрация частиц при Размеры измерительного объема зависят от угла пересечения лазерных пучков и их диаметра в месте перетяжки, размера частиц, а также от параметров приемной оптико-электронной системы (чувствительность, угол приема, размер апертуры, размер диафрагмы, наличие маски и пр.) [57]. Эффективный (видимый для ФЭУ) размер измерительного объема, как правило меньше его размера определяемого границами области пересечения лазерных пучков по уровню интенсивности e 2 (см.

Приложение). Его объем можно оценить как [55, 56]:

d f 2 ds VMV =, 4 sin( ) где d f – диаметр лазерного пучка в месте перетяжки по уровню интенсивности e 2 ;

– угол приема ФЭУ;

d s – толщина видимой (вырезаемой) области измерительного объема на ФЭУ.

Объем эллипсоида с полуосями (см. Приложение) df dx = ;

cos dy = d f ;

df dz = sin можно найти как df 4 dx dy dz = = V MVG.

3 2 2 2 3 sin( ) При параметрах измерительной системы = 8°, d f = 91 мкм, d s = мкм, объем измерительного объема V MV = 4,7 10 12 м3.

N p 0. Допустимое значение счетной концентрации частиц (для N 0.1 = 0,1 ) с учетом (2.2.5):

N 0. = 2,1 1010 м-3.

N p 0.1 = V MV Объемную концентрацию частиц Ф в измерительном объеме можно найти, если известен их диаметр и счетная концентрация:

d p N d p3 Ф= Np =. (2.2.18) V MV Для указанных выше параметров оптической системы результат расчета объемной концентрации частиц для N 0.1 = 0,1 приведен на Рис. 2.8.

Ф0. d p,м Рис. 2.8. Зависимость объемной концентрации от диаметра частиц при N0,1 = 0, Из рисунка 2.8 следует, что для частиц с диаметром d p = 50 ;

100 ;

200 ;

500 мкм при параметрах измерительной системы указанных выше значения объемной концентрации частиц, при которых необходимо принимать во внимание многочастичный режим составляют Ф50 = 1,4 10 3 ;

Ф100 = 0,011 ;

Ф200 = 0,09 ;

Ф500 1 (может быть любой).

Массовая концентрация частиц связана с объемной как:

p M =Ф, (2.2.10) где p – плотность частиц;

– плотность воздуха.

Для частиц стекла p 2140. Следовательно, для частиц стекла диаметром d p = 50 ;

100 ;

200 ;

500 мкм при параметрах измерительной системы указанных выше значения массовой концентрации, при которых необходимо принимать во внимание многочастичный режим будут равны M 50 = 3 ;

M 100 = 24 ;

M 200 = 190 ;

M 500 – может быть любой.

Влияние относительного размера частиц. При прохождении большой частицы через измерительный объем рассеяние каждого из падающего на нее лазерных пучков может происходить как в результате их отражения, так и преломления (см. Рис. 2.6). Условно сигнал с ФЭУ в таком случае можно считать многочастичным, т.к. он образован от нескольких источников, которые возникают при отражении и преломлении частицей каждого лазерного пучка. Преломленная и отраженная составляющая рассеянного излучения от каждого пучка интерферируют (см. напр. [84–86]) и будут также попарно интерферировать между собой с некоторой эффективностью, добавляя к аддитивной составляющей сигнала, обусловленной суммой световых потоков от каждого источника, модулированные когерентные составляющие. Глубина модуляции когерентных составляющих сигнала зависит от эффективности взаимодействия излучения их источников, которая в свою очередь зависит от диаметра объектива и расстояния между источниками и пропорциональна комплексу [5, 14] D K эфф =, R где D – диаметр входной диафрагмы собирающего объектива, – расстояние между источниками;

R – расстояние от источников до объектива;

– длина волны излучения;

Для экспериментальных условий при D = 47 мм, R = 310 мм, и = 0, мкм комплекс K эфф = 0,30 мкм-1.

С учетом свойства эффективности при рассмотрении источников рассеянного излучения попадающего на ФЭУ (Рис.2.5) можно сделать вывод, что более сильную модуляцию должны иметь когерентные составляющие сигнала образованного одинаковым механизмом рассеяния, которые и являются носителями доплеровской частоты сигнала, определяемой как (2.2.2).

Согласно [14], где рассматриваются свойства многочастичного сигнала, частота результатирующего сигнала от двух источников монохроматического излучения может не совпадать с частотами слагаемых излучений из-за фазового шума, обусловленного случайными флюктуациями разницы частот искомого и слагаемых сигналов. Эти флюктуации в свою очередь возникают из-за случайных амплитуд и начальных фаз сигналов от отдельных частиц, или как в нашем случае от отдельных компонент рассеянного излучения. Таким образом, ошибка измерений мгновенной скорости при регистрации на одном приемном устройстве сигнала от обоих компонент рассеянного излучения может быть существенно больше ошибки измерений для условного одночастичного режима, т.е. при регистрации сигнала от одной компоненты рассеяния. Разделение сигнала при его обработке невозможно, но возможно реализовать условия при которых интенсивность одной из компонент рассеянного излучения будет существенно выше. Имеет значение интенсивность (глубина модуляции) высокочастотной составляющей сигнала.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.