Schlieren-módszer ( abból . Schlieren - optikai inhomogenitás ) - átlátszó, fénytörő közegben lévő optikai inhomogenitások kimutatására szolgáló módszer, valamint a tükröző felületek hibáinak kimutatása [1] .
Néha Toepler-módszernek is nevezik – a szerző, August Toepler német fizikus nevén .
Az August Töpler által 1864-ben kidolgozott Schlieren-módszer Léon Foucault 1857-ben javasolt árnyékmódszerének továbbfejlesztése, amelyet a gömbtávcsőtükrök gyártása során a geometria szabályozására terveztek . Foucault módszere abból állt, hogy a vizsgált tükröt pontszerű fényforrással világították meg. A gömb görbületének középpontjában éles szélű, átlátszatlan képernyőt helyeztek el; Később egy ilyen képernyő Foucault kés néven vált ismertté.
Ha a tükör felülete szigorúan gömb alakú volt, a kés a pontforrás fő fényáramát blokkolva egyenletesen árnyékolta a tükör által alkotott képet. Ha a gömb hibás volt, akkor az előjeltől és a lokális görbületi sugár hibájának mértékétől függően a létrehozott képen világos vagy sötét területek voltak. Az ilyen eltérő megvilágításra összpontosítva a tükröt kifényesítették [2] .
Az ábrán egy égő gyertya konvektív légáramlásának Schlieren-módszerrel történő tanulmányozására szolgáló elrendezés látható. Az 1 vizsgálati tárgyon kívül a telepítés tartalmaz egy 2 objektívet , egy rekeszt (Foucault kés) - 3, amely a lencse fókuszában helyezkedik el, és egy képernyőt - 4, amelyre az objektív valódi képet épít . Ha a közeg optikailag homogén, akkor a gyertya (1) képe, amely a sárga nyilak mutatja a lencsét (2), teljesen a membránra (3) fókuszál, és nem esik a képernyőre. (4). Konvektív áramlások jelenlétében, ami optikai inhomogenitás megjelenéséhez vezet, a lencsén (2) áthaladó fénysugarak egy része, amint azt a zöld nyíl mutatja, megkerüli a membránt (3) és megjelenik a képernyőn (4). ). Így a membrán mintegy levágja a „parazitafényt”, csak az inhomogenitások képe marad a képernyőn. Ebben az esetben egy ilyen kép fényerejének változása megfelel a törésmutató változásának konvektív áramlásban [3] .
Minden optikai zavart hasonló módon vizsgálunk. Az egyetlen különbség az, hogy általában külön fényforrást használnak a megvilágításukra. Ha a vizsgált folyamat lamináris , akkor a képernyőn (4) látható képe stabil lesz. Az optikai zavar turbulenciája villogást okoz, hasonlóan ahhoz, ami például egy napsütéses napon egy távoli aszfaltút forró felületén látható . Ilyen esetekben folyamatos megvilágítás helyett rövid fényvillanásokat alkalmaznak az optikai perturbáció törésmutatójának pillanatnyi állapotának megjelenítésére. Az eredmény bemutatható film formájában .
Az érzékenység tekintetében a Schlieren módszer felülmúlja a többit, beleértve az interferencia módszereket is. Egyes esetekben, például a törésmutató nagyon kicsi gradienseinél, mint például a ritkított gázokban végbemenő folyamatok esetén, a módszer általában az egyetlen lehetséges optikai módszer [4] :64 [5] .
A Schlieren-módszer különösen elterjedt a levegőben zajló különféle folyamatok megjelenítésére. Ez vonatkozik például a szélcsatornák modelljei körüli áramlás során kialakuló légáramlások sűrűségeloszlásának vizsgálatára , azaz a légiközlekedési technológiára. Használják még a folyadékmechanikában, ballisztikában , a gázok és oldatok terjedésének és keveredésének tanulmányozásában, a konvekciós hőátadás tanulmányozásában stb. [1]
A klasszikus schlieren-módszer gyakorlati alkalmazásában a szűk keresztmetszet az volt, hogy a vizsgált tárgyat a lencséken vagy homorú tükrökön áthaladó, párhuzamos sugárnyalábba kellett helyezni. Ez a körülmény arra kényszerítette, hogy drága, terjedelmes berendezéseket gyártsanak, vagy valódi műszaki eszközök kicsinyített modelljeit alkalmazzák.
Az 1980-as években Leonard M. Weinstein amerikai fizikus , a NASA Langley Kutatóközpont (NASA LaRC) munkatársa olyan fényvisszaverő képernyő használatát javasolta, amely tulajdonságaiban hasonló a reflektorhoz , és lehetővé teszi az eltérő sugarakkal való munkát. Ezenkívül függőleges fekete csíkokat helyezett el a fényvisszaverő képernyőn, és azt (ha szétszóródó sugár megvilágítja) egyfajta résforrássá változtatta, amely a Foucault kést váltotta fel, és amely levágja a torzításmentes "extra fényt". Ennek eredményeként teljes méretű felvételek készültek a robbanások lökéshullámairól, az ipari berendezésekből származó konvekciós áramlásokról és az emberekről. [6]
2003-ban a Pennsylvaniai Egyetem mechanikaprofesszora, Gary Settle speciális fényvisszaverő bevonatok alkalmazását javasolta, amelyek megszüntették a vizsgált tárgyak méretére vonatkozó korlátozásokat. [7]