Введение
1 Рефракционные методы диагностики неоднородных сред 14
1.1 Классификация оптически-неоднородных сред 14
1.2 Связь оптических и теплофизических параметров среды 16
1.3 Теневые методы исследования тепловых процессов 19
1.4 Лазерные методы диагностики потоков 32
Выводы по разделу 1 39
2 Численное моделирование траектории лучей в температурной неоднородности 40
2.1 Теория распространения лучей в средах с плавно меняющимся показателем преломления 40
2.2 Методика аналитического расчета траектории лучей в плоскослоистой неоднородности 47
2.3 Моделирование траектории распространения светового луча в сферически-слоистой неоднородности 51
2.4 Численный расчет траектории лучей при наличии краевых эффектов 60
2.4.1 Численный алгоритм расчета траектории в двумерной оптически неоднородной среде 60
2.4.2 Моделирование траектории светового луча в плоскослоистой неоднородности с учетом краевых эффектов 65
2.4.3 Моделирование траектории светового луча в сферической и эллиптической двумерных неоднородности 69
2.4.4 Анализ влияния размера расчетной сетка на результаты численного расчета траектории в сферической неоднородности 71
Выводы по разделу 2 73
3 Расчет рефрактограмм плоского лазерного пучка в трехмерных неоднородностях 74
3.1 Соотношения для расчета траектории лучей в трехмерной оптически неоднородной среде 74
3.2. Описание алгоритма и программы численного расчета траектории лучей 77
3.3. Тестирование алгоритма численного расчета траектории лучей 80
3.4 Результаты моделирования рефрактограмм в прозрачной и кольцевой радиально-слоистой неоднородности 83
3.5 Результаты моделирования рефрактограмм в цилиндрически неоднородной среде 87
3.6 Результаты моделирования рефрактограмм в клиновидной неоднородности 94
Выводы по разделу 3 96
4 Визуализация и экспериментальное определение параметров температурной неоднородности 98
4.1 Структурная схема компьютерно-лазерной рефрактометрической системы 98
4.2 Визуализация теплового пограничного слоя 105
4.3 Обработка рефрактограмм сферически-неоднородной среды 111
4.3.1 Алгоритм определения толщины пограничного слоя 111
4.3.2 Измерение толщины пограничного слоя в процессе погружения цилиндра 114
4.3.3 Алгоритм восстановления температурного профиля в сферическом пограничном слое 117
4.3.4 Сравнение расчета и эксперимента 123
4.3.5 Алгоритм восстановления температурного профиля в пограничном слову боковой поверхности цилиндра 125
4.4 Погрешности определения параметров температурной неоднородности 129
4.4.1 Источники погрешности 129
4.4.2 Взаимное расположение объекта исследования и перетяжки лазерного пучка 130
4.4.3 Влияние угла наклона оптической оси излучения на результат рефракции 133
Выводы по разделу 4 135
Заключение 136
Список литературы 140
Приложение 146
