Schlieren

SCHLIEREN

L'imagerie Schlieren est utilisée comme moyen de visualiser les changements de pression, de température et les ondes de choc dans un milieu transparent tel que l'air. Dans des applications telles que les souffleries et les chambres à pression, l'imagerie Schlieren fournit des informations claires et détaillées sur les changements de pression et de densité.

L'imagerie de Schlieren a été développée dans les années 1800 pour détecter les défauts ou "schliere" dans le verre. Aujourd'hui, cette technique est fréquemment utilisée pour visualiser les ondes de choc dans les souffleries et les gradients de température autour des objets. L'imagerie schlieren repose sur l'indice de réfraction, c'est-à-dire la capacité à "courber" la lumière, d'un milieu transparent qui varie en fonction de la densité pour produire une image. Dans un système de schlieren simple, un faisceau de lumière parallèle traverse le sujet et est focalisé sur une lame à l'aide de lentilles ou de miroirs sphériques. Un changement de densité dans une partie du sujet fait que cette partie du faisceau lumineux est réfractée et tombe au-dessus ou au-dessous du couteau, créant des zones plus claires ou plus sombres dans l'image. Des filtres de couleur sont parfois utilisés à la place d'un couteau pour produire une image utilisant différentes couleurs pour indiquer les différentes zones de densité.

Configuration optique - L'éclairage pour l'imagerie schlieren doit être produit par une source lumineuse ponctuelle. Pour la photographie à grande vitesse, l'intensité de la source lumineuse et la sensibilité de l'imageur doivent permettre l'enregistrement à la fréquence d'images souhaitée. Un faisceau de lumière parallèle est créé à l'aide d'une paire de lentilles ou de miroirs. Le diamètre des lentilles ou des miroirs détermine la taille de la zone de travail, ou volume de mesure, dans laquelle l'image est produite. Un couteau ou un filtre de couleur spécialement conçu est monté sur un réglage Vernier à proximité du plan de l'image. Le schéma ci-dessus montre le trajet de la lumière et la position du capteur de la caméra.

Technique de schlieren orientée vers le fond, basée sur le flux optique, pour mesurer une onde de choc sous-marine induite par laser

La technique de schlieren orientée vers le fond (BOS) avec la méthode de flux optique basée sur la physique (OF-BOS) est développée pour mesurer le champ de pression d'une onde de choc sous-marine induite par laser. Comparé à la technique BOS avec la méthode conventionnelle de corrélation croisée qui est également appliquée pour la vélocimétrie par image de particules (appelée ici PIV-BOS), en utilisant la méthode OF-BOS, le champ de déplacement généré par un petit gradient de densité dans l'eau peut être obtenu à la résolution spatiale d'un vecteur par pixel. Les champs de densité et de pression correspondants peuvent ensuite être extraits. Il est démontré en particulier que la résolution spatiale suffisamment élevée du champ de vecteurs de déplacement extrait est nécessaire dans la reconstruction tomographique pour déduire correctement le champ de pression de l'onde de choc sous-marine sphérique. La capacité de la méthode OF-BOS est évaluée de manière critique sur la base de mesures d'hydrophones synchronisés. Un accent particulier est mis sur la comparaison directe entre les méthodes OF-BOS et PIV-BOS.

Visualisation des tourbillons aérodynamiques par Schlieren orienté vers l'arrière-plan

L'étude des tourbillons toroïdaux (anneaux tourbillonnaires) suscite actuellement un intérêt croissant. Leur présence se révèle dans divers domaines de la science et de la technologie : l'effet d'un anneau tourbillonnaire lors de la descente d'un hélicoptère, les anneaux tourbillonnaires dans le ventricule du cœur, la structure interne de la foudre en boule et plus encore. Background Oriented Schlieren (BOS) - une des méthodes relativement jeunes de diagnostic des inhomogénéités optiques basée sur l'utilisation d'images de référence et déformées d'un motif d'arrière-plan. Cette méthode est couramment utilisée en aérodynamique, hydrodynamique et transfert de chaleur. Les principaux avantages de cette méthode sont la simplicité de mise en œuvre et un champ de vision presque illimité. Dans ce travail, nous avons testé en laboratoire l'applicabilité de la méthode de Schlieren orientée vers l'arrière-plan pour les problèmes aérodynamiques. Pour la vérification des résultats, un enregistrement simultané via un interféromètre à cisaillement a été utilisé. Les champs de vision de la caméra pour le Schlieren orienté vers le fond et de l'interféromètre étaient situés à proximité l'un de l'autre et à un petit angle. Le tourbillon toroïdal a été enregistré directement à la sortie du générateur. Le motif de fond pour le Schlieren orienté vers le fond et le miroir de l'interféromètre étaient situés dans le même plan. Pour obtenir un meilleur contraste, l'arrière-plan a été éclairé par un projecteur à LED.

Mesures optiques sur l'ensemble du champ de propagation des ondes sonores des jets d'échappement à grande vitesse

L'objectif de cet article est de faire progresser le domaine des techniques de mesure du bruit afin de mieux comprendre les principes directeurs fondamentaux de la génération du bruit. Cet objectif est atteint dans cette étude en démontrant les capacités de la technique de déflectométrie Rainbow Schlieren à ultra-haute vitesse (UHS-RSD) pour visualiser et quantifier, en temps réel, les ondes sonores se propageant d'un jet d'air froid supersonique. Selon la théorie optique de base, les rayons lumineux traversant un milieu transparent de densité variable subissent une déviation de leur trajectoire initiale en raison de la réfraction. Un dispositif expérimental a donc été mis au point pour diriger des rayons lumineux blancs parallèles à travers un jet d'air supersonique. La variation du champ de densité créé dans le jet d'air fait dévier les rayons lumineux de leur trajectoire initiale. La technique UHS-RSD utilise la technique susmentionnée et permet de cartographier l'angle de déviation de la lumière, une mesure de la déviation d'un rayon lumineux par rapport à sa trajectoire originale en raison de la réfraction. Le processus de cartographie de la déflexion est réalisé par la variation de la couleur (teinte) entre une image sans et avec support de test.