Schlieren-metoden ( af den. Schlieren - optisk inhomogenitet ) - en metode til påvisning af optiske inhomogeniteter i transparente, brydende medier og påvisning af defekter i reflekterende overflader [1] .
Nogle gange kaldes det Toepler-metoden - af forfatterens navn, den tyske fysiker August Toepler .
Schlieren-metoden, udviklet i 1864 af August Töpler, er en udvikling af Léon Foucaults skyggemetode, foreslået i 1857 , designet til at styre geometrien ved fremstilling af sfæriske teleskopspejle . Foucaults metode bestod i, at spejlet under test blev belyst med en punktlyskilde. En uigennemsigtig skærm med en skarp kant blev placeret i midten af kuglens krumning; Senere blev en sådan skærm kendt som Foucault-kniven.
Hvis overfladen af spejlet var strengt sfærisk, skyggede kniven, der blokerede hovedlysstrømmen af punktkilden, jævnt skygget billedet dannet af spejlet. Hvis kuglen havde defekter, havde det genererede billede, afhængigt af tegnet og graden af fejl i radius af lokal krumning, lyse eller mørke områder. Med fokus på så forskellig belysning blev spejlet poleret [2] .
Figuren viser en opstilling til undersøgelse af den konvektive luftstrøm af et brændende stearinlys ved Schlieren-metoden. Ud over studieobjektet - 1 inkluderer installationen en linse - 2, en blænde (Foucault-kniv) - 3, placeret ved objektivets fokus, og en skærm - 4, hvorpå linsen bygger et rigtigt billede . Hvis mediet er optisk homogent, vil billedet af stearinlyset (1), der passerer, som vist med de gule pile, linsen (2), være helt fokuseret på membranen (3) og vil ikke falde på skærmen (4). I nærvær af konvektive strømme, hvilket fører til udseendet af optisk inhomogenitet, omgår en del af lysstrålerne, der passerer gennem linsen (2), som vist med den grønne pil, membranen (3) og vises på skærmen (4) ). Således afskærer membranen, som det var, det "parasitære lys" og efterlader kun billedet af inhomogeniteter på skærmen. I dette tilfælde vil variationen i lysstyrken af et sådant billede svare til ændringer i brydningsindekset i en konvektiv strømning [3] .
Eventuelle optiske forstyrrelser undersøges på lignende måde. Den eneste forskel er, at der som regel bruges en separat lyskilde til at belyse dem. Hvis den undersøgte proces er laminær , vil dens billede på skærmen (4) være stabilt. Turbulensen i den optiske forstyrrelse forårsager flimren, svarende til dem, der for eksempel kan ses på en solskinsdag på den varme overflade af en fjern asfaltvej . I sådanne tilfælde bruges korte lysglimt i stedet for kontinuerlig belysning til at visualisere den øjeblikkelige tilstand af brydningsindekset for den optiske forstyrrelse. Resultatet kan præsenteres i form af en film .
Med hensyn til følsomhed er Schlieren-metoden andre overlegen, herunder interferensmetoder . I nogle tilfælde, for eksempel meget små gradienter af brydningsindekset, såsom processer, der forekommer i forkælede gasser, er metoden generelt den eneste mulige optiske metode [4] :64 [5] .
Schlieren-metoden er blevet særligt udbredt til visualisering af forskellige processer i luften. Det gælder for eksempel undersøgelser af tæthedsfordelingen af luftstrømme, der dannes under strømmen omkring modeller i vindtunneller , det vil sige inden for luftfartsteknologi. Det bruges også i fluidmekanik, ballistik , studiet af udbredelse og blanding af gasser og opløsninger, studiet af varmeoverførsel på grund af konvektion osv. [1]
Flaskehalsen i den praktiske brug af den klassiske schlieren-metode var behovet for at placere objektet under undersøgelse i en parallel stråle af stråler, der passerer gennem linser eller konkave spejle. Denne omstændighed tvang enten til at fremstille dyre, omfangsrige installationer eller til at bruge reducerede modeller af rigtige tekniske anordninger.
I 1980'erne foreslog den amerikanske fysiker Leonard M. Weinstein fra NASA Langley Research Center (NASA LaRC) brugen af en reflekterende skærm, der i egenskaber ligner en reflektor og tillader arbejde med divergerende stråler. Derudover påførte han lodrette sorte striber på den reflekterende skærm og forvandlede den (når den blev oplyst af en divergerende stråle) til en slags sæt spaltekilder, der erstattede Foucault-kniven, som afskærer uforvrænget "ekstra lys". Som et resultat blev der opnået fuldskalabilleder af chokbølger fra eksplosioner, konvektionsstrømme fra industrielt udstyr og mennesker. [6]
I 2003 foreslog professor i mekanik ved University of Pennsylvania Gary Settle brugen af specielle reflekterende belægninger, som fjernede begrænsningerne på størrelsen af de undersøgte objekter. [7]