Schlieren

SCHLIEREN

Las imágenes Schlieren se utilizan como medio para visualizar los cambios de presión, temperatura y ondas de choque en un medio transparente como el aire. En aplicaciones como los túneles de viento y las cámaras de presión, las imágenes de Schlieren proporcionan información clara y detallada sobre los cambios de presión y densidad.

Las imágenes Schlieren se desarrollaron en el siglo XIX para detectar defectos o "schliere" en el vidrio. En la actualidad, esta técnica se utiliza con frecuencia para visualizar las ondas de choque en los túneles de viento y los gradientes de temperatura alrededor de los objetos. Las imágenes de Schlieren se basan en el índice de refracción, la capacidad de "desviar" la luz, de un medio transparente que cambia con la densidad para producir una imagen. En un sistema de Schlieren sencillo, se hace pasar un haz de luz paralelo a través del objeto y se enfoca hacia el borde de una cuchilla mediante lentes o espejos esféricos. Un cambio de densidad en una parte del objeto hace que esa parte del haz de luz se refracte y caiga por encima o por debajo del borde de la cuchilla, creando zonas más claras u oscuras en la imagen. A veces se utilizan filtros de color en lugar de un filo de navaja para producir una imagen utilizando diferentes colores para denotar diferentes áreas de densidad.

Configuración óptica - La iluminación para la obtención de imágenes schlieren debe producirse a partir de una fuente de luz puntual. Para la fotografía de alta velocidad, la intensidad de la fuente de luz y la sensibilidad del generador de imágenes deben permitir la grabación a la velocidad de fotogramas deseada. Se crea un haz de luz paralelo utilizando un par de lentes o espejos. El diámetro de las lentes o espejos determina el tamaño del área de trabajo, o volumen de medición, en el que se produce la imagen. En un ajuste Vernier, cerca del plano de la imagen, se monta un filtro de cuchilla o un filtro de color especialmente diseñado. El diagrama esquemático anterior muestra la trayectoria de la luz y la posición del sensor de la cámara.

Técnica de schlieren basada en el flujo óptico y orientada al fondo para medir una onda de choque submarina inducida por láser

Se desarrolla la técnica de schlieren orientado al fondo (BOS) con el método de flujo óptico basado en la física (OF-BOS) para medir el campo de presión de una onda de choque submarina inducida por láser. En comparación con el BOS con el método convencional de correlación cruzada que también se aplica para la velocimetría de imágenes de partículas (aquí llamado PIV-BOS), utilizando el OF-BOS, el campo de desplazamiento generado por un pequeño gradiente de densidad en el agua puede obtenerse con una resolución espacial de un vector por píxel. Los campos de densidad y presión correspondientes pueden extraerse posteriormente. Se demuestra, en particular, que la resolución espacial suficientemente alta del campo vectorial de desplazamiento extraído es necesaria en la reconstrucción tomográfica para inferir correctamente el campo de presión de la onda de choque esférica submarina. La capacidad del método OF-BOS se evalúa de forma crítica a partir de mediciones de hidrófonos sincronizados. Se hace especial hincapié en la comparación directa entre los métodos OF-BOS y PIV-BOS.

Visualización de los vórtices aerodinámicos mediante Schlieren orientado al fondo

La investigación de los vórtices toroidales (anillos de vórtice) despierta actualmente un interés creciente. Su presencia se revela en varios campos de la ciencia y la tecnología: el efecto de un anillo de vórtice mientras disminuye el helicóptero, los anillos de vórtice en el ventrículo del corazón, la estructura interna del rayo de bola y más. Background Oriented Schlieren (BOS) - uno de los métodos relativamente jóvenes de diagnóstico de inhomogeneidades ópticas basado en el uso de la referencia y las imágenes distorsionadas de un patrón de fondo. Este método se utiliza habitualmente en aerodinámica, hidrodinámica y transferencia de calor. Las principales ventajas de este método son la sencillez de aplicación y un campo de visión casi ilimitado. En este trabajo se han realizado pruebas de laboratorio de la aplicabilidad del método de Schlieren orientado al fondo para problemas aerodinámicos. Para la verificación de los resultados se utilizó el registro simultáneo a través del interferómetro de cizallamiento. El campo de visión de la cámara para el Schlieren orientado al fondo y el interferómetro estaban situados cerca y en un pequeño ángulo entre sí. El vórtice toroidal se registró directamente a la salida del generador. El patrón de fondo para el Schlieren orientado al fondo y el espejo del interferómetro estaban situados en el mismo plano. Para lograr un mejor contraste, el patrón de fondo se iluminó con un foco LED.

Mediciones ópticas de campo completo de la propagación de las ondas sonoras de los chorros de escape de alta velocidad

El objetivo de este trabajo es avanzar en el campo de las técnicas de medición del ruido para comprender mejor los principios fundamentales que guían la generación del mismo. Esto se consigue en este estudio demostrando las capacidades de la técnica de deflectometría de arco iris de ultra alta velocidad (UHS-RSD) para visualizar y cuantificar, en tiempo real, las ondas sonoras que se propagan desde un chorro de aire frío supersónico. La teoría óptica básica establece que los rayos de luz que atraviesan un medio transparente de densidad variable sufren una desviación de su trayectoria original debido a la refracción. Por lo tanto, se desarrolló un montaje experimental para dirigir rayos de luz blanca paralelos a través de un chorro de aire supersónico. La variación del campo de densidad creada en el chorro hace que los rayos de luz se desvíen de su trayectoria original. La técnica UHS-RSD emplea dicha técnica y permite mapear el ángulo de desviación de la luz, una medida de la desviación de un rayo de luz de su trayectoria original debido a la refracción. El proceso de mapeo de la desviación se realiza a través de la variación del color (tono) entre una imagen sin y con el medio de prueba.