高速摄影技术在湍流混合规律实验的研究中的应用.pdfVIP

高速摄影技术在湍流混合规律实验研究中的应用 欧阳凯，张希林，廖海东，李军 (中物院流体物理研究所．四川绵阳919—108信箱，621900) 摘要：本文介绍了Gs啭镜式光学高速分幅摄影机在湍流混合规律研究中的应用。给出了相应 的试验条件、光路设计等。结果表明所设计的光学系统满足物理设计的要求，获得了清晰的实验图 象，为相关的物理规律研究提供了依据。 美肇词：高速摄影，分幅相机，一光学： × l引言 。 圆柱形空心靶在爆轰压力作用下压缩、反弹的物理过程，是湍流混合规律试验研究的主 要内容。这种实验对于流体界面不稳定性研究具有重要的意义。目前人们以“果冻”技术作 为湍流混合发展规律实验研究的主要方法。在这种研究中，需要观测以“果冻”为材料的圆 柱形空心靶在气体爆轰压力的作用下压缩、反弹的物理过程，采用高速摄影技术则是一种非 常有效的观测手段。尤其是高速分幅摄影，它具有一定的时间分辨本领，也具有一定的空间 分辨本领。可获得连续的二维空间信息图象，一般可作为定性分析，在满足时间分辨率的条 件下．也可作定量测量。而且这种光学方法具有非接触、无干扰等特点，对实验研究不产生 有害的影响，因此是其它测试方法无法比拟的， 根据“果冻”技术的实验特点以及现有的设备条件，我们应用了GSJ高速分幅相机．采 用了简单纹影光路摄影方法。经调试与实验拍摄取得了好的实验结果。如果在实验中对光源 采取某种措施和采用彩色摄影，可提高摄影幅数和获得更好的摄影效果。 2实验装置及物理过程 2．1实验装置 本实验装置主体见图l，图2是内爆空腔示意图。 忒l W 缈。。 心∑，， 1,2光学有机破璃3锕环4气嘴5止花酿 果冻内环空腔2果婊外环空腔 6果冻环7,8紧同钢板9导气管10混台气瓶 3火花隙 图I装置示意圈 图2内爆空腔示意图 欧阳凯等：高速摄影技术在湍流混合规律实验研究中的应用 215 本实验装置既组成了研究汇聚过程中气一液界面不稳定性及湍流混合发展的内爆腔t也 是高速相机记录观测的目标。它的设计原则是：1．安全、密封、便于安装。2．有利于背照明光 源的通过与观测。这就要求装置的上下有机玻璃观察窗达到光学抛光效果t而且刻有放置实 IOmm。果冻环的 验靶的刻度线，便于放大倍率的测量。在图l中果冻环内直径80ram，外直径1 高度略高于钢环的高度约几十微米。钢环内直径210ram，高度IOmm。火花隙位于钢环内表面 中间位置，共有36个呈圆形均匀分布。主体装置有两个封闭的空腔，即果冻内环空腔和果冻 外环空腔。实验前，果冻内环空腔保持latm的空气，果冻外环空腔充满1arm的爆炸混合气 体。 2．2物理过程 果冻环即实验靶．它具有一定的强度可以按要求做成各种形状，同时在几个大气压的作用 下，果冻的行为如同不可压缩流体．实验中，我们采用一种爆炸混合气体作为驱动源，混合气体由 乙炔(c：H：)和氧气(02龃成．混合比例为1：2．5(体积比)。当火花腺在高压脉冲发生器输出的脉 冲作用下击穿后，混合气体被点燃并形成一个初始的爆轰波，开始驱动靶环运动。在靶的压 缩、反弹过程中将有R．T不稳定现象产生。混合气体爆炸过程约为161．is-压缩负载的速率约为 50m，s。实验过程为2ms。要求高速摄影能清晰地反映出果冻地压缩、反弹过程．并尽可能消 除混合气体爆轰产生的自发光。 3测试方法与光