автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Математическое моделирование процессов радужного рассеяния и его применение в спектроскопии аэрозоля

РГ6 од

1 9 ДПР 1393

Казахский государственный национальный

УНИВЕРСИТЕТ им' АЛЬ-ФАРАБИ

На правах рукописи

БИШИГАЕВ Аскар Дарушевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАДУЖНОГО РАССЕЯНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В СПЕКТРОСКОПИИ АЭРОЗОЛЯ

Специальность 05.13.16 — применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Алматы, 1093

Работа выполнена в Институте теоретической и прикладной математики Академии наук Республики Казахстан.

Научный руководитель — кандидат физико-математических наук ' С. М. БУРКИТБАЕВ.

Научный консультант — кандидат физико-математических наук

П. П. ПОЛУЭКТОВ.

Официальные оппоненты — член-корреспондент АН РК, доктор

физико-математических наук Б. Н. МУКАШЕВ;

— кандидат физико-математических наук в. u.c. Е. О. ДЖЕТЫБАЕВ.

Ведущая организация — Московский Инженерно-Физический

Институт.

Защита диссертации состоится 1993 года

в ^О час, на заседании специализированного совета К.058.01.16 при Казахском Государственном Национальном Университете им. Аль-Фараби по адресу: 480012, г. Алматы, ул. Масанчи, 39/47. ауд.

С диссертацией, можно ознакомиться в библиотеке КазГУ.

Отзыны на автореферат высылать по адресу: г. Алматы, ул. Тимирязева, 46, Казахский Государственный Национальный Университет им. Аль-Фараби. Ученому секретарю.

Автореферат разослан « —_1993 е.

Ученый секретарь специализированного совета

к. ф.-м. н„ доцеыт С" Е НЫСАНБАЕВА

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Аэрозоли представляют собой значительный класс природных и используемых в промышленности объектов, поэтому их изучение является актуальной задвчей. К основным параметрам, характеризупиим состояние аэрозольных сред относятся» спектры размеров частиц я их распределение, концентрации частиц, оптические свойства аэрозоля, химический состав отдельных частиц. В настоящее время для ' изучения этих параметров и динамики быстропротекапцих процессов зарождения, коагуляции, распространения аэрозолей широко используются методы и техника лазерной спектроскопии. Они основаны на механизмах поглощения и рассеяния электромагнитного излучения при взаимодействии с частицами среды и предполагают решение ряда теоретических задач методами математического моделирования процессов и создания на ¡а основе современных экспериментальных подходов.

Несмотря на достаточно развитый аппарат современной фазики в этой области, актуальны вопросы математического моделирования процессов рассеяния излучения на частицах произвольной формы. Существует-также особые направления рассеяния -углы радуги и глории, для описания которых необходимо создание адекватных физическому явлению аналитических и • численных моделей.

Рассеянна света в области радуги, согласно теоретическим моделям, обладает особой чувствительностью к поверхностным колебаниям жидких частиц. Такой подход стввит вопрос о возможности наблюдения комбинационного рассеяния на резонансно возбуждаемых колебаниях формы частиц. Представляет интерес исследование эффективности использования метода в первую очередь для параметров аэрозоля, которые не могут бить найдены традиционными методами лилейного светорассеяния, либо требуй привлечения трудоемких и неоднозначных вычислительных алгоритмов. К таким параметрам относится, в частности, функция распределения частиц по размерам. .

Использование аэрозольных ансамблей в практических задачах требует создания автоматизированных бесконтактных оптических комплексов с возможностью регистрация быстропроте~ ка шит процессов. Кроме того, для решения ряда задач актуальны

полгода новой развивапцейся области лазерной спектроскопии -эхо—спектроскопии пространственно неоднородных сред, каковыми являются аэрозольные ансамбли.

Цель работы. Математическое моделирование процессов радужного рассеяния и экспериментальное исследование взаимодействия лазерного излучения с аэрозольными частицами, что включало в себя решение последовательности связанных между собой задач: гналитическое и численное моделирование процесса рассеяния излучения на одиночной жидкой капле в направлении радуги} теоретическое обоснование и экспериментальная регистрация резонансного поведения сигнала радуги от поверхностных колебаний формы капли - создание метода динамической радуги-I изучение эффектов и способов возбуждения резонансных мод колебаний формы частиц методом динамической радуги, создание автоматизированных измерительных комплексов регистрации спектров размеров отдельных аэрозольных частиц и дисперсности распиливания ансамбля аэрозоля в факеле форсунок, математическое моделирование и экспериментальная регистрация эхо-откликов в сигнале динамической радуги от аэрозольного ансамбля.

Научная новизна. Построена аналитическая модель рассеяния лазерного излучения в область углов радуги на эллипсоидальной жидкой частице. Проведаны численные расчета в рамках классической теории рассеяния - теории, Ии н предложенной модели рассеяния в .эйкональном приближении, показана хорошая сходимость результатов о экспериментальными измерениями. Математическая модель радужного рассеяния на одиночной капле позволяет обосновать практическую возможность регистрации поверхностных колебания формы жидких частик аэрозоля.

Предложен новый метод регистрации комбинационного рассеяния излучения на поверхностных колебаниях формы жидких капель в области радуги - метод -динамической радуги-. Впервые с помощь»,метода динамической радуга наблвдалось я экспериментально зарегистрировано явление самовозбуждения капель в поле лазерного излучении слабой мощности (до 10* Вт/см1).

Впервые теоретически обоснован и экспериментально подтвержден подход эго-спектроскоши к изучению аэрозольных ансамблей методом динамической дадуги. Это позволило создать математическую модель формирования эхо-откликов в

сигнала рассеянного на частицах аэрозоля излучения, обосновать новый механизм проявления эхо-откликов в ансамбле линейных или слабалинейных осцилляторов. Такта впервые экспериментально зарегистрировано явление формирования эхо-откликов в сигнале рассеяния на ансамбле хидких капель.

Практическая ценность полученных результатов. IIa базе

теоретических и экспериментальных результатов работы разработан и реализован автоматизированный лазерный • комплекс измерения дисперсных характеристик факелов распиливания кмдкостей, внедренный в практическую эксплуатацию. Созданный программно-аппаратный коррелятор, представляющий блок обработки комплекса, является отдельной технической разработкой, который используется в раде установок лазерной корреляционной спектроскопии.

Аналитические и численные модели рассеяния лазерного излучения на отдельных частицах и на аэрозольном ансамбле позволили создать развитый пакет 'прикладных программ, представляющий практический интерес.

с помощью метода динамической радуги экпериментвльно получены спектры рассеяния различных жидких капель и их ансамблей , что позволяет далее восстанавливать размеры и распределения по размерам аэрозольных частиц.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Всесоюзной конференции -Физика и техника монодисперсных систем- (Москва,1988), на XI Всесоюзной конференции -Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем-(Одесса,1989), на' Международной конференции по оптическим измерениям - Ernst Abbe Conference (Иена, Германия, 1989), на XV Международной конференции по распространению лар'-чгаго излучения в атмосфере (Томск, 19S0), на Европейской конференции по аэрозолям (Цюрих, Швейцария, 1990), в также на научных семинарах в Московском Инженерно-физическом Институте, Институте .теоретической и прикладной математики АН Республики Казахстан, Алма-Атинском энергетическом институте, Няучно-исследрввтельском институте двигателей (г.Москва).

Публикации. Основные результаты изложены в 10 научных работах, опубликованиях в открытой печати.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, трех глав, приложения и заключения. В конце работы приведен список цитируемой литературы из 105 наименований. Общий объем работы включая 16 рисунков на 15 страницах, составляет 120 машинописных страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, определяющая цель и основные направления исследования. Кратко излагаются основные положения работа и ее структура.

В первой главе дан литературный обзор по теории рассеяния света в области радуги. Проведен сравнительный анализ существующих моделей расчетов и границ их применимости. Сформулированы особенности рассеяния света в направлении радуг, заключающиеся в нелинейном увеличении интенсивности рассеяния излучения в этих направлениях и чувствительности интерференционной структуры радуги к искажениям формы рассеивателя.

Для анализа процесса рассеяния излучения на одиночной сферической капле применяются методы классической теории Ни. В работе также использовалось аналитическое решение Ни и создана программа численного расчета индикатрисы рассеяния в углы радути. Вычисления проводились по итеративному алгоритму при количестве членов рада рассеяния порядка Ю*. Были получены индикатрисы рассеяния для капель с различии'--; размерят! и показателями преломления вещества, которые в дальнейшем использовались для проверки метода расчета радужного рассеяния в эйкональном приОлгашниии и постановки метода -динамической радуги™. Однако, ограничение на форму частицы является серьезным недостатком теория Ш. Поэтому актуальны задачи создания математических моделей и приближенных методов расчетов ивдикатрио рассеяния на нэсфэрических частицах.

Для анализа рассеянного излучения на гшпок каплях, в случае больших размеров частиц по сравнению с длиной волны можно воспользоваться приближением геометрической оптики. Так как радуга сильно поляризована, рассматривается плоскость поляриз8ЩШ» перпендикулярная плоскости рассеяния. Это условие

- ? -

приводит к плоской двумерной картине рассеяния.

Для описания рассеяния света в такой модели достаточно воспользоваться законами преломления и отражения. Эти соотношения при любой геометрии рассеивателя позволяют получить аналитическое выражение для интенсивности рассеянного света; однако громоздкость конечного выражения не дает реальной возможности анализа. Удобнее анализировать численно, -бросая" равномерно Н лучей на каплю, т.е. изменяя придельный параметр на 1/N и суммируя интенсивность выходим лучей в заданные интервалы углов. Таким образом был построен алгоритм вычисления траектории луча, входящего в каплю и испытывающего одно внутреннее отранение. Для получения радуг более высокого порядка надо применять этот алгоритм соответствующее количество раз. В результате получена программа численного расчета углового положения радуги 1-го и 1.1-го порядка в зависимости от показателя преломления вещества рассеивателя и искажения формы рассеивателя - эллиптичности кашш.

Следующая задача связана с описанием тонкой интерференционной структуры рассеяния в области радуги. Точное решение имеется для сферы в рамках теории Ии, однако для эллипсоида решение является чрезвычайно громоздким. Поэтому была развита модель радужного рассеяния в эйкональном приближении. Эта модель проверялась с точными расчетам по Ии для сферы и показала хорошую сходимость результатов. В случае рассеяния скалярного'поля на капле можно представить асимптотическое поведение поля в виде:

<p(r) = eikr + f(nk,n).

где амплитуда f, описывая рассеянную волну, определяет сечение рассеяния: d = |í(cos e)|*díp. При эллиптической форме рассеивателя с осью вращения, совпадающей с направлением пь лещей волны к, амплитуду можно разлокить по полиномам Лежандра:

fíeos 8) = Ц (21+1) Ре(С03 9) ít

Идея подхода заключается в предположении,что при размерах кашш много больше длины волны,вклад в амплитуду дадут большле парциальные гармоники 1 - к-П. в случае однородного рассеивателя при реальных коэффициентах преломления, вклад в радугу дают конечные расстояния в масштабе R (например,для сферы -0,86). Для нахоадения асимптотической формы f,заметим, что радужно?

рассеяние определяется условием сгущения лучей, поэтому можно использовать квадратичное разложение в области 0к, причем 6г'=0!

, - 1 г 2 г" 41 г9,-9 1

' - -Г У -бБГ0 I - 5*- ] [ ... ]

О

Нормирова1шое же сечение с учетом 1о= И

2 ь г г^в" ,г0-б

° = и'н* 81л о I \ М I ТёгугТ^ 1

Последнее выражение удобно для численного расчета сечения рассеяния. Алгоритм построен следующим образом. Блок из программы расчета траектории лучей строит функцию ОСИ) в области радуги, далее по методу наименьших квадратов строится параболическая апроксимация 9 = 0г+ 9" (Ь - Ьо); второй коэффициент определяет вторую производную угла рассеяния от прицельного параметра. Результатами счета являются коэффициенты апроксимирукщего полинома и графа индикатрисы рассеяния в области углов радуги. На рис.1а приведена характерная расчетная индикатриса рассеяния на одиночной сферической капле.

Таким образом, создана математическая модель и методика численного расчета рассеяния в углы радуги на эллипсоиде произвольной формы, ряд физических оценок сделан на основе эйконального приближения. Получена зависимости смещения углов радуг от искажения формы рассеивателя, рассчитан точный вид индикатрис е области радуг для" сфероидов оазличных фэрм, ориентация и показателей преломления. Экспериментальные наблюдения картины рассеяния в область углов радуг осуществлялось гониометром с высоким угловым разрешением. Тонкая интерференционная структура радужного рассеяния в дальней зоне регистрировалась также фотокамерой (рис.16). Для задания определенной формы эллипсоидальности капли использовалась оригинальная методика деформаций формы частицы в электростатическом поле, подробно описанная в работе. Результаты экспериментов хорошо совпадают с численными результатами расчетов по предложенной аналитической модели, что позволяет в дальнейшем пареити к обоснованию нового метода исследования аэрозольных частиц. ,•

Во второй глава дана краткая характеристика современных окспертюнталышх методов исследования аэрозолей. Помимо традиционных методов упругого рассеяния, предложено использовать комбинационное рассеяние на поверхностных колебаниях частицы. Такой метод является перспективным как для исследования одиночных жидких капель, так и изучения аэрозольных ансамблей.

Резонансный вид зависимости сигнала радуги от малых нсканений формы капель позволяет ставить задачу исследования спектра собственных колебаний формы, иначе говоря, наблюдать комбинационное рассеяние на колебаниях формы. При рассеянии света на осциллирующей частице происходит сдвиг частоты излучения на значения частот колебания капли- (комбинационные частоты). Так, в простейшем .случае спектр поверхностных колебаний аидкой капли представляется в виде:

-Г

-2-, 1(1-1) (1+2), рЯ '

где R - радиус капли, 7 - поверхностное натяжение, р - плотность капли, 1=3.3,... - моды собственных колебаний.

Отметим,что этот подход позволяет отказаться от амплитудных измерений. Дополнительная, нестацинарная компонента радук-ного сигнала, вызванная осциляцяямн формы рассеивателей, названа -динамической радугой". Для регистрации сигналов, динамической радуги был создан автоматизированный экспериментальный комплекс на базе гелий-неонового и аргонового лазеров, систем распиливания аэрозоля и подвески одиночных яшдких капель, гониометрического сканера индикатрисы рассеяния. Детектор - фотоэлектронный умнокитель с усилителем в режиме счета фотонов и последующий аппаратно-программный коррелятор обработки данных и спектроанализатор,.позволяют регистра вать корреляционные функции и спектр сигнала динамической радуги.

В настоящей работе использовался оригинальный программно-аппаратный коррелятор на базе измерительно-вычислительного комплекса ИВК-20, включающий в себя микро-ЭВМ СМ 1300, KpefiT КАМАК, париЦерийные устройства. Программно-шшчратный коррелятор позволяет осуществлять корреляционный анализ интенсивности рассеянного излучения с временами выборки 5-10"' + 5>10лс, диапазоном выборки 2,г + 2*4, числом каналов - 128. Созданная ввтомртизиропчшая

измерительная система позволяет провести весь спектр исследования рассеяния света на каплях аэрозоля.

При наблюдении поверхностных колебаний жидкой капли в поле лазерного излучения зарегистрирован эффект самовозбуждения колебаний формы частицы. Показана термокапиллярная природа самовозбуждения и выявлен пороговый характер возбуа-дения различных мод колебаний. Проведено сравнение с сутцеству-вдими теоретическими оценками порога самовозбуждения свободной капли;

где 0 - удельное объемное тепловыделение; , х. ~ теплопро-водимости вещества капли и о кружащего газа соответственно;

рф - удельная теплоемкость (при постоянном давлении) и плотность окружающего газа; г^ - кинематическая вязкость жидкости. На рис.2 приведены экспериментально зарегистрированные корреляционные функции процесса самовозбуждения жидкой капли.

Метод динамической радуги обладает большим потенциалом для решения ряда практических задач. Он является точным инструментом калибровки работы различных генераторов монодисперсных аэрозолей . На базе развитой в работе экспериментальной техники был разработан и внедрен автоматизированный лазерный комплекс исследования процессов распыла жидкости (топливе).

С помощью развитого метода -малых углов- определения дисперсности распиливания и метода -динамической радуги-определения средних размеров факелов распиливания исследовались работа различных видов распиливающих устройств -механических форсунок двигателей внутреннего сгорания н газовых турбин, пневматических распылителей и т.д. На рис.3 приведены характерные кривые распределения частиц в факеле распыленной жидкости.

В третьей главе развит альтернативный подход к восстановлению параметров ансамбля частиц по интегральной г по ансамблю) регистрации рассеянного излучения. Он основан на разонасных эффектах, в которых, образно говоря, каждый рассеиватель сохраняет свою индивидуальность. Это и позволяет при обработке сигнала избежать некорректности восстановления п(г). К таким эффектам относится комбинационное рассеяние

на колебаниях формы жидких частиц. В реальных ситуациях модулированная компонента рассеяния обычно слаба для прямой регистрации, но с помощью резонансного усиления модулированной компоненты рассеяния на основе эффекта динамической радуги возможно наблюдение эхо- откликов ансамбля осцилляторов жидких частиц аэрозоля.

Подход эхо-спектроскопии заключается в следующем: При некогерентном возбуждении ансамбля осцилляторов их фазы никак не связаны и результирующий сигнал проявляется как флуктуация. В условиях когерентного возбуждения, независящая от времени разность фаз осцилляторов оказывается пространственно-упорядоченной. Существенно, что имеющийся разброс частот Ды вокруг некоторой средней шс, будет приводить к дефазировке со временем Т1= 2г/Ли, при характерном времени затухания Т1> Т2. Повторное возбуждение системы через т (Тг< а < ) приводит к новому пространственному упорядочению колебаний,в свою очередь исчезающему через Тх. Однако, в последующие моменты времеьи, кратные т, порядок фаз колебаний восстанавливается, что приводит к возникновению сигналов -эха" от системы.

В работе описана общая теория эхо-спектроскопии ансамбля жидких частиц и показана связь формы эхо-сигнала с распределением частиц по размерам (собственным частотам). На базе численной модели (в эйкональном приближении) обоснована позмогность наблюдения эхо-откликов в сигнале динамической радуги (рис. 4а}. Рассмотрены различные нелинейные механизмы формирования эха. Предложен и обоснован новый механизм проявления эха, связанный с нелинейным механизмом формирования сигнала, а не с нелинейностями колебательного механизма.

Рассмотрим механизм формирования двухимпульсного эха в направлении радуги от ансамбля осциллирующих капель. Будем регистрировать сигнал рассеяния, настроив приемную опти, на дифракционный край радуги до первого 'максимума,т.е. рядом с углом 9гв<1. Значение $га<1 легко рассчитать из формулы геометрической оптики, причем этот угол не зависит от размера капель. При рассеянии на ансамбле капель, с относительным разбросом ДК возле характерного размера К капли > 30%), реально наблюдать суммарную картину рассеяния в угол радуги от каадой капли в приближении однократного рэссеяняя. Согласно такой модели регистрировать оптический сигнал удобно в дальней зоне, что означает складывание интенсивности рассеяния от

каждой капли. Интеноивнооть раооеянного излучения в оОлвоть радуги на одиночной капле радиуса R на расстоянии г от ее центра описывается через функцию Эйри.

В нашем случае, достаточно выделить область между темной полосой и первым максимумом радуги. Тогда можно записать асимптотическое выражение для интенсивности рассеяния па капле I

ltad - С exp СЬ)"' ,

учитывая характер поведения функции Эйри для этого участка.

В случае наблюдения колеблющейся капли вырежете для показателя b примет вид!

ъ = е - е . ♦ a Re{

red *

где i - амплитуда колебаний капли.

а - коэйициент, учитывающий геометрии наблюдения. На основе такой схемы регистрации можно приступить к рао-смотрению отклика ансамбля осцилляторов - жидких частиц на двухимпульсное воздействие. Пусть на ату систему последовательно подаются два коротких импульса, тогда отклик ансамбля в сигнале комбинационного рассеяния запишется в виде!

R = N J адш gUw) l(0,üu,t), где Цв,ш,%) есть интенсивность рассеянного сигнала в области радуги.

Запишем выражение I(6,Äu,t) для радужного рассеяния: 1гаЛ (Mw.t) в с ехр (0 - вглЛ* а Ree)""*.

Тогда, после ряда преобразований, получим!

R = Н С J fl(iu) g(Au) exp(&-er<id)"'*exp(-|- Re{

Рассматривая двухимпульснов воздействие запишем выражение для амплитуды колебаний одиночной капля!

Rb{ = f,COB ¿Ut + izCOB Ald(t - -с)

где и - действительные числа. Отклик ансамбля примет вид:

R = Н С, /0 Ш)ЕОМ) 5 (-1)" In(-A,et) ехр Ш Aut-

k«-00

1 (-1)" expfikA^it - а))

Здесь использована Формуле для модифицированной цилиндрической функции Бесселя

ехр (у соа ср) = ? <-1>"

Окончательно!

л = и ? (-1Г'" 1„(-А,С,) о»ш -

"•"-от

Проанализируем последнее выражение.После воздействия двух коротких импульсов внесшей силы система осцилляторов - капель помимо возникающих непосредственно за импульсами откликов (п = к = О; п - О, к = 1) фзрмирует серию откликов, являющуюся сигналами - эха-.

Последние возникают в моменты времени:

X = п. г = или к = -2п t = 21

причем их амплитуды в этих случаях максимальны. Таким образом, действительно, в сигнале радуги содержатся эхо- отклики. Принципиальным является гот момент, что в нашей модели не вводились нелинейности ансамбля осцилляторов. Действительно, ответственность за появление сигналов эха несет сильная нелинейность самого сигнала радуги. В этом случае наблюдаются эхо-отклики ансамбля линейных осцилляторов за счет нелинейности проявления. Этот механизм формирования является принципиально взетгьш и впервые показывает возможность регистрации эхо-сигналов в ансамбле линейных осцилляторов. Это утворздение дополняет трактовку процесса формирования эхя как нарушения механизма подавления эхе, действующегс в. линейных системах. Для выявления эха необходим нелинейный механизм, это совершенно справедливо, однако, как мы показали, возможен механизм относящийся не к свойствам системы, а к свойству проявления, как в нелинейном сигнале радуги.

Дальнейший анализ показывает, что отклик системы определяется Фурье-образом функции распределения по частотам с некоторым весом, взятым в моменты времени X = (п-»к)т' т'0' форма отдельных импульсов отклика определяется функцией распределения по частотам. Следовательно, если экспериментально исследуется форма сигнала эха какого-либо порядка, (например X = п = 2, I = то осуществляя

обратное фурье-прообразовшшб можно восстановить функцию распределения осцилляторов по частотам колебаний и, далее, функцию распределения капель по размерам, т.е. решить задачу спектроскопии ансамбля жидких частиц.

Такой подход принципиально расширяет область применимости подходов эхо-спектроскопии к линейным осцилляторшм системам. В результате, методом динамической радуги впервые экспериментально регистрировались сигналы эхо-откликов при даухампульсном возбуждении ансамбля кидкокапельных осцилляторов (рис .40).

Тагам образом, в данной главе поставлена и решена последовательность задач, приведшая к применению подходов эхо-спектроскопии для изучения аэрозольных ансамблей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Создана математическая модель процессов рассеяния влектромагнитного рассеяния на одиночной частицы аэрозоля в направлении радуги. Реализованы аналитические и численные а:сгоритмы расчетов радужного рассеяния в эйкональном приближении для эллипсоидальных капель.

2. Развит новый метод комбинационного рассеяния лазерного излучения на шдаокапельнкх аэрозолям - катод динамической радуги.

3. С помощью метода динамической радуга подучены спектры размеров задсих капель, которые совпадает с численными оценками по математической моделе расчета в эйкональнш приближении. ■ Впервые зарегистрировано явление самовозбуждения капель в поле лазерного излучения,

4. Создан лазерный автоматизированный комплекс измерения распределения частиц по размерам в факеле распылакной жидкости методом малых углов и динамической радуга.

5. Развита математическая теория я построена аналитическая модель явления -эха" в лазерной спектроскопии аэрозольных ансамблей, что позволило обосновать и экспериментально зарегистрировать приншпшалыю новый класс ахо-явлений но ансамбле жидких кйпэль.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах!

1. Бишигаев А.Д., Буркитбаев С.М., Никитин А.Е. Автоматизированная система анализа распыла жидкостей. //Всес.конф. -Физика и техника монодисперсных систем-: Тез.докл. -М., 1S88. -С.98-99.

2. Blshigaev А.В., Burfcltbae? S.H. Dynamical Rainbow In the field of laser radiation. // Bmst Abbe Conf,: Jena, 1989. -C.87.

3. Динамическая радуга как метод исследования колебаний формы жидких капель. /Бишигаев А.Д., Буркитбаев С.М., Никитин А.Е., Полуэктов П.П. // Всес.конф. -Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем-: -Одесса, 1989. -Т.2. -С.28.

4. Бишигаев А.Д., Буркитбаев С.М., Никитин А.Е. Программно--аппаратныИ коррелятор и его применение в исследовании аэродисперсных потоков. //Всес.сем."Оптические методы исследования потоков-: Тез.докл. -Новосибирск, 1989. -С.315.

5. Экспериментальное наблюдение самовозбуждения колебаний формы жидкой капли в поле лазерного излучения. / Бишигаев А.Д., Буркитбаев С.М., Маныкин Э.А. и др. // Квантовая электроника. -1989. -Т.16. -Я 10. -С.2153-2155.

6. Dynanical Rainbow 1л the Field of Laser Radiation aa an Aerosol Research Technique,/ Blehigaey A.D., BurKltbaev S.H., Illicit In А.В., PolyeKtor P.P. // Experimentelle TectiniK der PhyslX. -1990. -У.38. -Д 5,6. -P.523-528.

T. Dynamical Rainbow Echo-Spectroscopy of the Liquid Aerosols. /Bishigaey A.D,, Burkltbaer 5.H., HlXitin A.B,, PolysktOT P.P. // European Aerosol Conf., Zurich, 1990. -P.227.

8. Blshlgaer A.D., BurKltbaev 5,И., Hikltin A.B. Dynamical Rainbow Bcho-Spectroscopy of the Liquid Aerosols. // XI Inter.Laser Radar Conf.: Тез.докл. -Томск, 1990. -С.142.

9. Динамическая радуга в поле лазерного излучения./Бишигаев • А.Д..Буркитбаев С.М.. Маныкин Э.А., Никитин А.Е., Полуэктов П.П.//ДАН СССР. -1990. -Т.310. -И б. -С.1353-1357.

10. Dynamical Rainboe Bcho-Spectroscopy of Liquid Aerosols. /Bishlgaev A.D., Burkitbaev S.H., Polyektov P.P. et al. //J.Aerosol Scl.,1990. -7.21. -BUppl.l -P.151-154.

I, отн.еЗ.

в, град.

Рис.1а. Индшшг'риса рассеяния лазерного нзлучащт на

одиночкой кидаой капле вода в области радуга I порядка (длина

воли излучения А. = 0,633 мкм, радаус капли В = 100 шш).

- расчетная кривая по модели рассеяния в вйкоиадь-

ной приближении; ---- вксперкментальноя кривая.

Ц

. Л

Р

й

I' №

I

I

Ш

(й?

Ы

¡Г

¿Л

Я 1 В II

и I р 1 Й

Г 1 1

I I I

1 М |И

Щ № Ш

йщвнщщ

№ § Р N Щ й!

¡Г.--А

\ 8 и * и м

Рис.16. Тонкая интерференционная структура радужного рассеяния на каолё вода (радаус капли 100 мкм) по наблюдению в дальней зоне.

о ■ 30 60 90 Т,м

Ш _

_

г- ц -- 7 — — — — — г 1

Л 1\ д 1л г

ч" Г ■,1 л / г 1

' г> г 1 г

/ \ / 1 и А / *

- V— Л. — V

-> "Ч,

О зо 60 .90 Т,т5

Ряс.2. Временные автокорреляционные функции флуктуации ' интенсивности лазерного излучения в направлении радугаI а) самовозбуждение основной мода автоколебаний яашш вода 2,25 мм (период колебаний 1 = 24. мс)! б) самовозбуждэнио основпой и шсокочастотной мод (о периодами колебаний Т = 32мо л I' = Т/Т = 4,5 мс) автокодебанай капли вода а^» 2,3 мм.

- ге

Диаметр капель, мкм

20 50 - осевое сечение , т ® 0 дизельная форсунка.

» пневматический распылитель

йс.З. Характерные кривые распределения частщ по размерам в факеле распыленной жидкости.

Рис.4а. Временная развертка сигналов рассеянного излучения гга ансамбле гадких частиц при двухимпульсном ссзбуздешш. Результат численного моделирования радужного рэо-сэянпя в гцкональном приближении.

г , ) . У2 ■ * - Уз т-|

Рис.46. Экспериментальная осциллограмма регистрации эхо-слгналов ансамбля жидких частиц методом "динамической радуга". Нокязоггм возбуждающие импульсы и сигналы эха на временах т п т/2.