TDLAS技术测量燃烧流场温度研究

介绍了TDLAS技术用于燃烧流场诊断的基本原理,比较了直接吸收法与二次谐波法两种测量方法的优缺点,并对TDLAS技术路径积分测量特性进行了分析.基于单台二极管激光器分别建立了两种方法的TDLAS测量系统,直接吸收法测量重复频率为10 kHz,获得了瞬态高温超声速流场温度随时间演化结果;二次谐波法测量重复频率为250 Hz,实现了超燃冲压模拟燃烧室温度的在线测量.对于标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰,测量系统在1750 K时温度A类标准不确定度优于0.7%.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱波长调制技术在线测量燃烧场温度

 介绍了可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）波长调制技术的测温原理。通过选择水在1 397.75 nm和1 397.87 nm处两条邻近的吸收线,运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集,实现了TDLAS波长调制技术对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度的实时在线测量,测量重复频率为250 Hz。分析了温度测量数据抖动的原因,结果表明燃烧过程中火焰本身温度的抖动是测量结果波动的主要原因,测量系统的A类标准不确定度小于53 K。     

LIPS技术探测CH4/空气火焰中的OH自由基

论述了激光诱导偏振光谱技术的基本原理,实验方法及其对燃烧场的测量结果.利用光谱扫描方法获得了A2∑ -X2Ⅱ(0,0)跃迁带系列吸收谱线及P1(2)谱线的线型轮廓.测量了CH4/空气预混火焰不同化学配比、不同空间位置OH自由基的相对分布.实验中通过设计精密旋转调节装置有效提高了信噪比.     

基于激光诱导偏振光谱与激光诱导荧光技术的CH4/AIR火焰参数测量

建立了激光诱导偏振光谱（LIPS）和激光诱导荧光（LIF）联合的燃烧流场诊断系统,测量了CH4/AIR预混火焰中心不同高度处的OH荧光光谱和激光诱导偏振光谱,计算了OH的浓度及燃烧场温度分布。分析了燃烧炉表面对荧光收集效率的影响,并对两种技术的测量数据进行了分析比对,获得了火焰中心OH密度的分布规律。实验结果表明,联合LIPS和LIF两种技术测量CH4/AIR预混火焰参数是可行的,两种技术测量结果的一致性较好,OH浓度的相对偏差小于5%,温度的相对偏差小于8%。     

平面激光诱导荧光实验中激励激光的光束整形

分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光（PLIF）实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统,并根据PLIF实验的具体要求,通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统,对染料激光进行了匀滑整形,获得了不均匀性〈4%的均匀片状光束,满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统,获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。     

1维非稳腔空间增强探测CARS技术对稳态燃烧场温度的测量

 建立了1维非稳腔空间增强探测CARS实验系统，该系统由光源（YAG激光器、染料激光器）、实验光路和信号采集系统组成。分别测量了空气和化学平衡比为1，甲烷流量为0.7 L/min的甲烷-空气预混火焰中的氮气Q支的CARS实验谱。给出了火焰不同高度处小范围内的温度分布结果，并对实验结果进行了分析，结果表明：预混火焰温度随高度的增加呈下降趋势，测量结果的不确定度优于7%。该技术可用于稳态燃烧场温度的测量。     

单脉冲喇曼散射技术测量高压燃烧场组分浓度

介绍了自发喇曼散射技术的基本原理、实验方法及对高压燃烧场的测量结果。利用Nd:YAG激光的三倍频输出激发振动喇曼散射,在单脉冲条件下测量了高压模拟燃烧室内不同化学配比条件下以氢气-空气预混燃烧场为主要组分(N2,O2,H2O,H2等)的喇曼光谱,获得了主要组分浓度随燃烧时间、燃烧场压力的变化规律。实验中利用偏振技术有效地提高了信噪比。通过优化激光光束形状及光路设计避免了等离子体光谱对喇曼信号的干扰。     

用于噪声抑制的碘分子滤波瑞利散射技术研究

为了解决激光瑞利散射技术诊断燃烧场时存在的米散射和背景杂散光干扰问题,发展了基于碘分子超精细吸收凹陷的滤波技术。介绍了分子滤波的原理和碘分子的吸收光谱,设计了用于产生稳定数密度的碘分子滤波器,并采用种子注入、可调谐Nd：YAG激光器测量了碘分子的吸收谱。采用碘分子滤波器,在稳态燃烧场和瞬态燃烧场上分别进行了结构诊断的滤波瑞利散射实验,获得了清晰的燃烧场结构图像。实验表明碘分子滤波器能够有效抑制532nm激光瑞利散射实验中的米散射和背景杂散光,提高信号图像的清晰度。     

OH分子示踪法用于气态流场速度测量

研制了一套单线羟基(OH)分子标记示踪流场速度测量系统,OH分子标记线由193 nm波长脉冲氟化氩(ArF)准分子激光柬解离流场中的水分子产生,利用脉冲染料激光倍频的约282 nm激光片显示OH分子荧光图像,由获得的两个时间关联的OH分子标记线位置图像计算流场的速度分布.研究了空气和火焰中193 nm波长激光解离水产生的OH分子寿命,实现了常温空气流场和高温超音速流场速度分布的测量,并对测量结果进行了分析讨论.     

LIPS技术测量CH_4/空气预混火焰温度

简述了激光诱导偏振光谱技术的测温原理和实验方法,并利用激光诱导偏振光谱技术测量了常压CH4/空气预混火焰的温度分布。该技术灵敏度高,且不受碰撞猝灭的影响,适于诊断各种实际的燃烧过程。通过研究激光能量与信号强度的关系,获得了激光功率密度与信号强度的关系曲线以及实验中的最佳激光功率密度;记录并测量了燃烧场中OH分子A2∑＋-X2Π（0,0）跃迁带中P 1（2）和Q 1（8）两条吸收线的强度,用双线法计算了相应的温度,给出了CH4/空气预混火焰中不同化学配比条件下燃烧场温度的空间分布,实验结果与CARS的测量结果吻合较好。