Dichtebildgebung oder was ist die Schlierenmethode?

Schlieren-Methode. Dies ist wahrscheinlich die einzige Möglichkeit, die Konvektion live zu beobachten. Im Allgemeinen können Sie mit dieser Methode Änderungen der Dichte in transparenten Medien feststellen. Wenn beispielsweise eine Kerze brennt, erwärmt sie die Luft und verringert ihre Dichte, wodurch die erhaltenen Inhomogenitäten festgestellt werden können.




Und wie ist die Schlierenmethode aufgebaut? Eigentlich sehr einfach. Beginnen wir mit der einfachsten Option.

Projektionsmethode

Nehmen Sie eine Taschenlampe, vorzugsweise mit einer kleinen Leuchtfläche, und richten Sie sie auf ein Stück Papier, das die Rolle eines Bildschirms spielt. Wir platzieren die Heterogenität im Lichtstrom der Taschenlampe.



Diese Methode wird als Projektion bezeichnet.



Warum ist der konvektive Fluss mit den Augen nicht sichtbar, kann aber auf dem Bildschirm beobachtet werden?
Tatsache ist, dass eine Änderung der Dichte des Mediums und damit eine Änderung des Brechungsindex unbedeutend ist und das menschliche Auge dies nicht bemerken kann.

Wenn wir jedoch auf ein Stück Papier scheinen, werden die Strahlen, die durch die Inhomogenität gehen, gebrochen und verstärken einige Bereiche auf dem Bildschirm. Aber da die Strahlen abgelenkt wurden, erscheint dort, wo sie kommen sollten, eine Zone mit reduzierter Helligkeit.

Schlieren-Methode

Bei einer anderen Methode benötigen wir ein Foucault-Messer, dies ist ein dünner undurchsichtiger Bildschirm, in meinem Fall ein Lineal. Und doch müssen wir das Licht der Taschenlampe irgendwie fokussieren. Das erste, was mir in den Sinn kommt, ist die Linse, aber die Linsen haben sphärische Aberrationen. Dies ist der Fall, wenn die Strahlen nicht auf einen Punkt, sondern auf ein bestimmtes Segment fokussiert werden.



Was tun? Wie soll ich sein? Sie können das Objektiv anstelle des üblichen Objektivs von der Kamera nehmen.
Oder Sie können beispielsweise in einem Kosmetikgeschäft einen kugelförmigen (konkaven) Spiegel kaufen. Es hat a priori keine sphärischen Aberrationen.

Nehmen Sie unseren Spiegel und reflektieren Sie das Licht von der Taschenlampe zum Bildschirm. Wenn wir das Foucault-Messer auf die Brennweite bringen, überlappt es einen der Teile des Bildes. Wenn Sie es hinter den Brennpunkt stellen, blockiert das Messer einen anderen Teil des Bildes. Und was passiert, wenn wir das Foucault-Messer genau in den Fokus stellen? Dann wird das Bild als Ganzes dunkler.



Wenn wir nun die Heterogenität in den Lichtfluss setzen, brechen einige Strahlen darin, gehen um das Messer herum und treffen auf den Bildschirm.


Diese Methode hat keine Beleuchtung, da nur die Strahlen, die die Inhomogenität durchlaufen haben, auf den Bildschirm gelangen.








Ich habe solche LEDs verwendet.







Konvektiver Fluss von Streichhölzern.


Konvektionsfluss von einem Lötkolben.


Auf diesem Foto können Sie beobachten, wie mit hoher Geschwindigkeit heiße Luftströme aus dem Fön ausbrechen.

In der Praxis wird die Schlierenmethode in Windkanälen verwendet, um das Bild der Strömung um das untersuchte Modell zu beobachten.