Представлены результаты лабораторных экспериментов по определению характеристик конвективного потока, возникающего над нагретой металлической поверхностью, для различных высот и температур методом скоростной термографии. Характеристики определялись с помощью скоростной ИК-камеры путем съемки температурного поля малоинерционных бумажных мишеней, подвешенных над нагретой поверхностью, одновременно по всей вертикальной плоскости поля зрения ИК-камеры. По флуктуациям температурного поля поверхности мишеней были найдены коэффициент теплоотдачи, уровень интенсивности конвективного потока, полный поток и количество выделяемого тепла за время измерений на разных высотах над поверхностью. Построены энергетические спектры конвективной турбулентности в различных условиях. Анализ спектров турбулентности показал наличие инерционного интервала с наклоном, близким к степенному закону 8/3, для всех рассмотренных высот над нагретой поверхностью, температур и условий турбулентности. Характеристиками конвективной турбулентности, полученными в работе, можно воспользоваться при тестировании различных оптических адаптивных систем управления лазерными пучками, при изучении распространения вихревых лазерных пучков и очагов горения, которые также характеризуются конвективной турбулентностью с дальнейшим переходом в атмосферную турбулентность, наведенную энергией горения.
турбулентность, конвекция, флуктуации температуры, скоростная термография, лабораторные эксперименты, энергетический спектр
1. Емалеев О.Н., Лукин В.П., Покасов В.В., Сазанович В.М., Хмелевцов С.С. Оптические измерения спектров пульсаций показателя преломления в модельной конвекции // Изв. вузов. Физ. 1976. № 9. С. 100–105.
2. Лукин В.П., Сазанович В.М. Исследование турбулентных характеристик в условиях конвекции // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1978. Т. 14, № 11. С. 1212–1215.
3. Жилкин Б.П., Ларионов И.Д., Щуба А.Н. Применение тепловизора для определения температурных полей газовых потоков // Приборы и техника эксперимента. 2004. № 4. С. 136–137.
4. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. 256 с.
5. Конвективный теплообмен в однородной среде (теплоотдача): учеб. пособие / под ред. В.В. Сахина. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2013. 224 с.
6. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереот. М.: Энергия, 1977. 344 с.
7. Дульнев Г.Н. Теория тепло- и массообмена. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. 195 с.
8. Винниченко Н.К., Пинус Н.З., Шметер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 287 с.
9. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Формирование турбулентности в астрономических обсерваториях юга Сибири и Северного Кавказа // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 3. С. 228–246; Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Formation of turbulence at astronomical observatories in Southern Siberia and North Caucasus // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 4. P. 464–482.
10. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Структура турбулентных движений воздуха в шахте главного зеркала Сибирской лидарной станции ИОА СО РАН. Эксперимент и численное моделирование // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 11. С. 905–910. DOI: 10.15372/AOO20161102.