纹影法测量气体密度

1、纹影法测量气体密度一、 实验目的1了解纹影仪原理和纹影仪结构2掌握纹影仪的基本调节方法二、实验设备纹影仪、酒精灯、CCD、计算机三、实验原理根据讲义第九章介绍，纹影仪测量了沿刀口垂直方向的密度梯度。本实验中用纹影仪观测酒精灯火焰形成的温度场。由于我们近似认为火焰中是等压的，因此温度T正比于密度。用纹影仪同样可以测量火焰的温度场。现在纹影仪测得的是刀口垂直方向的温度梯度。四、 实验步骤a) 首先应复习讲义中有关纹影法原理的介绍。b) 安装好纹影仪两块球面反射镜M1和M2，确定光源S的位置，应使光源S在球面反射镜M1的焦点处（球面反射镜焦距为1. 5米，口径为200毫米）。c) 调整球面反射镜M2

2、，找到光源S的像I。由于M1和M2的焦距相同，因此S到M1的距离应等于I到M2的距离。如果不等，应反复调整S的位置。d) 安装CCD并与计算机正确连接，接通电源，打开LIVE3000应用软件，即可在计算机显示器上观察到视场的图象。e) 把刀口安装在光源的像I处，调整刀口，切割光源的像I。当刀口K在M2的焦点处时，调整刀口K，在计算机显示器上应观察到视场图象的亮度均匀变化。如果视场不是均匀变化，而是从一边先变暗或变亮，说明刀口K的位置不对。f) 把酒精灯放在光路中点燃，调整CCD的焦距，使图象清晰。改变刀口的位置和方向，观察图象有何差别。可用计算机采集录影或单幅图象。注意事项由于球面反射镜表面镀

3、膜，千万不可用手触摸或擦拭镜面，以免损坏表面镀层。 第十章 火焰摄影技术和压力记录法§101 火焰摄影技术 在无烟炱或其他染色物如钠的火焰中，最明亮的区域就是燃烧波的化学反应区。燃烧波的直接摄影技术，除了火焰光度未必能满足很短的曝光时间的要求以外，没有提出一些特殊的问题。这对于氢焰特别正确，因为这种火焰除了爆震波的高温和压力外，从可见光的范围来看通常都太暗淡了。一氧化碳氧混合物的火焰要比烃氧火焰稍弱一些，但对直接摄影来说，其光强一般是足够了。火焰直接摄影的许多实例照片已转载在本书中。 在外光源光亮地照明下，气流因飘浮的尘埃颗粒而能见到。在使用频闪观测光时，在照片上颗粒轨迹是以间断线状

4、出现的，间隔的长度就是颗粒速度的度量。几张这种照片已翻印在本书中。这种颗粒应当细小到足以能跟随流体加速和改变流向，特别是在燃烧波L：出现的颗粒更应如此。 温差所造成的密度差以及由气体成分不同所造成的较小的密度差，均适用三种摄影方法来观测。这二种摄影方法是：TOpler纹影法1、DvOrak阴影法2和干涉仪法3，这些方法将分别在下面各小节中评述。 1Topler纹影法 这种方法的原理将借助于图310上的三张图来叙述。图310(a)所示是一个光源、一个透镜(以后称作纹影透镜)和这个光源的像。图上表明了按一般作图得到的有限的光线锥。目前重要的是注意在透镜主平面上任一点处所起源的每一光束都对着光源像。

5、从透镜末端来的两束光束其夹角为O。在图310(&)及(c)上都画出一束这种光束来说明。从图看到插入了一块小角度的棱镜。在插入棱镜之前，光线被包围在两根虚线之内。在插入棱镜之后，光线向上弯曲到实线位置。因此，由于插入棱镜，使起源于x且通过放在像平面直刀刃的光量增多。这些增加的光量都包含在do角所对的光束中。在接物透镜所产生的，点像平面上，照度相应地增大。曾说明光源的亮度是均一的，而之所以这样清楚地确定是因为这样像的上边界是很清楚的且与直刀刃相平行。直刀刃离像边界的距离为o。曾假定纹影装置的设计要使w角很小，以致在x点像平面处的照度与。成正比，并把照度定义为像平面处单位面积上的光能量。光束偏过zko角使。增至(o+Aa)，则得：第480页 II=aa(10-1) 因为w很小，所以可写出： w=aS(10-2) 式中s是光源像和纹影透镜之间的距离，结果是： I/I=wS/a(10-3) 而照度的增量与do成正比。 若插入棱镜以致使来自的x光线向下而不是向上折射，则在像平面处的照度应减弱。设许多小棱镜分布在靠近纹影透镜的一个平面上。因此，像平面应包含相应数量的亮区和