Stínová metoda je experimentálně nenáročná a lze ji použít pro řešení řady problémů. V této kapitole jsou uvedeny příklady výzkumů pomocí stínové metody, a to v oblasti přestupu tepla, kde je možné efektivně měřit lokální hodnoty součinitele přestupu tepla a v oblasti vizualizace proudění, kde lze zviditelňovat rázové vlny, tvary proudů apod.
Přestup tepla z horizontálního válce
Výzkum přestupu tepla pomocí stínové metody je velmi efektivní, jelikož polohy kontur pocházejících od paprsků z tepelných mezních vrstev v blízkosti povrchů jsou přímo obrazem rozložení lokálních součinitelů přestupu tepla na povrchu. Nevýhodou této metody je nutnost přístupu světelných paprsků do měřeného prostoru, přičemž kvantitativní vyhodnocení je možné pouze u dvojrozměrných objektů. Příklady stínogramů teplotního pole v okolí vyhřívaného horizontálního válce u přirozené konvekce ve vzduchu jsou uvedeny na obr. 11-7. Stínogramy byly získány v bílém světle. Levý stínogram je zaznamenán běžným způsobem a pravý stínogram, který představuje stejný sledovaný objekt, je zaznamenán tak, že do ohniska zobrazovacího objektivu je umístěn malý terčík, který odfiltruje pozadí (paprsky šířící se transparentním objektem podél optické osy) a ponechá kontury (paprsky šířící se transparentním objektem šikmo k optické ose). Na obrázku je vyznačen čárkovaně geometrický stín válce, který byl zaznamenán před ohřevem válce. Dále zde vidíme prvou konturu (blíže povrchu) představující hranici tepelné mezní vrstvy a druhou konturu představující v jistém měřítku přímo rozložení lokálních hodnot součinitele přestupu tepla na povrchu.
Obr. 11-7 Stínogramy teplotního pole v okolí vyhřívaného horizontálního válce [2-3], vlevo – stínogram bez filtrace, vpravo - stínogram s odfiltrováním pozadí
Vizualizace proudění z otvorů a dýz
Stínogramy umožní identifikovat existenci proudu, studovat strukturu proudu při interakci s okolím, nebo určit směr proudu, který může mít stěžejní význam pro funkci různých strojů a zařízení (pneumatických strojů, logických pneumatických prvků v regulační technice apod.). Příklad stínogramu vzduchového proudu vytékajícího kritickou rychlostí z tlakové nádoby otvorem do okolního prostředí můžeme vidět na obr. 11-8. Stínogram byl pořízen v rozbíhajícím se svazku v laserovém světle, což lze identifikovat z interference na svislém povrchu s otvorem (vlevo). Schéma použitého zařízení je na obraze 1 a fotografie zařízení je na obraze 2. Ze stínogramu na obr. 11-8 je zřejmé, že vytékající proud při interakci s okolním prostředím se nejdříve rozšiřuje a pak opět zužuje. Tento jev se opakuje, přičemž vlivem tření ztrácí na intenzitě a postupně zaniká. Struktura proudu vytékajícího z otvorů a dýz je podrobně popsána např. v lit. [5-1]. Při pozorování výtoku vzduchu z tlakové nádoby v reálném čase bylo možné nejdříve sledovat (při tlakovém poměru menším, než je kritický tlakový poměr) strukturu proudu uvedenou na obr. 11-8. Při poklesu tlaku v nádobě opakující se divergence a konvergence proudu zmenšovaly svou rozteč, až při kritickém tlakovém poměru [5-1] zanikly. Takovým způsobem je možné měřit kritický tlakový poměr a z něj pak určit Poissonovu konstantu [5-5].
Obr. 11-8 Stínogram vzduchového proudu získaný pomocí laserového zdroje – Pavelek [6-12]
Další příklady
Obraz 3: Stínogram proudění vzduchu ze zužující se dýzy pořízený v bílém světle při tlakovém poměru menším, než je kritický tlakový poměr [5-1]. Při daném kritické proudění lze sledovat divergenci a opětnou konvergenci vytékajícího proudu.
Obraz 4: Stínogram proudění vzduchu z Lavalovy dýzy pořízený v bílém světle při tlakovém poměru menším, než je kritický tlakový poměr [5-1]. Při daném proudění lze sledovat divergenci a opětnou konvergenci vytékajícího proudu a vnitřní strukturu proudu.
Obraz 5: Stínogram proudění vzduchu z Lavalovy dýzy pořízený v bílém světle při tlakovém poměru výrazně menším, než je kritický tlakový poměr [5-1]. Při daném kritické proudění lze sledovat divergenci a opětnou konvergenci vytékajícího proudu a vnitřní strukturu proudu.