基于法布里-珀罗干涉仪的瑞利散射测速技术研究

基于法布里-珀罗干涉仪的干涉瑞利散射测速技术原理,结合种子注入Nd∶YAG脉冲激光器、ICCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗干涉仪,建立了一套干涉瑞利散射速度测量系统,系统的速度测量准确度为10m/s.对拉瓦尔喷管产生的超声速自由射流开展干涉瑞利散射速度测量,得到气流的流动速度为366m/s.在不需要外加任何示踪粒子的条件下,利用流场气体分子本身的瑞利散射,实现了对超声速流场速度的非接触测量.     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

喷管直径对微尺度扩散火焰特性的影响

对均匀空气流中微尺度甲烷扩散燃烧进行了数值模拟,重点考察微喷管内的流动和传热传质对微尺度燃烧特性的影响.研究结果表明,在保持燃料喷出速度一定的条件下,随着喷管直径的减小,喷管内与甲烷喷出速度相反方向上发生热量和质量的传递,燃料与空气的混合在喷管内已经发生,火焰的一部分热量回流到喷管内顶热了未燃混合气,同时也增加了火焰的热损失.当管径为0.15 mm时,甲烷在微喷管内就开始发生化学反应,在进行微尺度解析计算时,必须包含一定的喷管区域.     

燃气透平稳态全工况特性通用模型

燃气透平稳态全工况特性通用模型卢韶光，林汝谋（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词燃气透平，全工况特性，通用模型主要符号表Ｃｄ假想速度０透平设计点参数、Ｆ喷管截面积喷管入口参数ｈＴＳ透平等嫡焓降１喷管出口参数ｕ级圆周速度３透平人口参数下...     

喷管构形和聚焦位置对雾化水滴推进性能的影响

以抛物形和锥形喷管为研究对象,开展了雾化水滴的脉冲式TEA CO<,2>激光推进性能的实验研究.冲营的大小由压电传感器测量得出的推力随时间的变化关系曲线得出.雾化水滴的能量转化效率达到了26.1%,比冲达到了102 s.对于较短的喷管而言,聚焦位置距离喷管顶部越近,推进性能参数越高.喷管构形对推进性能的影响比较明显,抛...     

水流冲击超声速气体射流实验研究

通过水洞实验对有水流速度影响的水下超声速气体射流进行实验研究,通过高速摄像系统记录射流形态演变过程,采用动态测力系统测量射流演变过程中射流周围环境压力的脉动特征.对剪切层涡旋结构进行分析,得到水流冲击射流的剪切涡流动形态演化和压力脉动特征.实验结果表明,射流主体形态的非定常运动依赖于水流速度,无水流速度时,射流主体受到重浮力影响向上弯曲较大,并且可以捕捉到射流的振荡诱导喷管口平面处主频为200 Hz的压力脉动,当存在水流速度时,射流主体向下游发展过程中的偏斜程度较小,射流与水流相互作用形成剪切涡,在水流作用下射流主体向下游发展过程中卷入射流剪切层,与射流主体掺混形成较大尺度的涡结构,喷管口平面处主频消失.     

Laval喷管气体超声速凝结流动实验研究

Laval喷管是超声速旋流分离技术的核心装置,气体在喷管内高速膨胀产生的低温效应可实现混合气体中可凝组分的冷凝分离。为明确喷管内超声速凝结流动规律,建立了超声速凝结流动实验系统,研究了Laval喷管内气体凝结流动过程,并重点对比分析了膨胀角为1.5°/3°/5°时喷管内的凝结流动参数。结果表明:气体在喷管内流动,温度压力不断降低,气体在喷管喉部处发生凝结,液滴数目急剧增长。喷管膨胀角对气体凝结过程影响明显。喷管膨胀角越大,喷管压力温度下降越快,喷管制冷效果越好。与此同时,凝结产生的液滴数目越多,半径越小。     

引气位置对旁路式二元激波矢量喷管性能影响

流体推力矢量技术可为超声速无尾布局提供良好的隐身性能与纵向操纵力矩,具有响应快、质量小等优势。旁路式激波矢量喷管无须从发动机引气,克服了为增加矢量角而增加发动机引气流量的问题,可降低发动机的负担。开展了引气位置对旁路式二元激波矢量喷管矢量性能影响研究,为加深对此种喷管性能理解以及将其实用化打下基础。结果表明：喉道引气喷管兼具激波矢量和喉道偏斜法的特征,入口引气喷管在过膨胀状态下性能更好,喉道引气喷管在欠膨胀状态下更有优势。射流后的分离模式显著影响喷管矢量性能,闭式分离使喷管矢量性能下降明显,喉道引气喷管矢量性能突变对应的落压比小于入口引气喷管。实际应用中,应避免分离模式由开式分离转为闭式分离,根据不同膨胀状态搭配不同的旁路式引气方式能够最大化旁路式二元激波矢量喷管性能。     

火箭发动机性能参数的热力学外推法

本文利用一条等熵参考线和两个等焓偏导数建立了火箭发动机性能参数的外推公式。当推进剂初始焓值、燃烧室压力和喷管出口压力发生变化时,这些公式可用来进行比推力、特征速度、喷管面积比、燃烧室热力参数和喷管出口热力参数的外推计算,本文的公式简单,使用方便,精度较高。     

Laval喷管内天然气低温脱除硫化氢机理

为了揭示低温条件下天然气中硫化氢气体超声速凝结特性,为实现天然气超声速旋流分离技术在天然气脱硫化氢领域的应用提供理论依据,建立了甲烷-硫化氢双组分气体超声速凝结流动数学模型,对Laval喷管内不同组分比例条件下甲烷-硫化氢双组分气体凝结流动进行了数值模拟,得出了Laval喷管内温度、压力、速度、成核率、液滴数目、液滴半径、液相质量分数的分布情况。结果表明,随着入口硫化氢含量的增加,入口过冷度增加,更容易达到凝结所需要的极限过冷度,成核发生位置越靠近喉部,且成核区间变窄,极限成核率增大;硫化氢气体凝结释放的潜热对流场产生影响,使得马赫数和过冷度略有降低,之后几乎保持稳定至出口;入口硫化氢含量较高时,硫化氢液滴半径较大,Laval喷管出口液相所占比重较大;而当入口硫化氢含量较低时,液滴半径明显减小,Laval喷管出口液相硫化氢所占比重几乎为0,硫化氢的脱除效率较低。     

旋转射流冷却数值模拟研究

使用 ANSYS FLUENT 软件和 RNG k-ε 湍流模型分别研究了十字形、内十字形和花形结构的螺旋喷 嘴内部流动特性和耦合面换热特性。模拟结果研究表明,螺旋角 θ 越小喷嘴出口速度越高,喷出的水流更集中, 水流运动轨迹越清晰且规律越明显。同一工况下,θ=30°的花形喷嘴的换热效率和换热均匀性均优于其余两种喷嘴的值;耦合面努塞尔数 Nu 最大值会随着雷诺数 Re 不断增加而逐渐远离射流中心处(r/d_j=0,d_j 为喷嘴当量直径); 随着靶距 H 逐渐增大,Nu 逐渐减小,旋流效果逐渐减弱。当 H=2d_j、4d_j 时,Nu 最大值位于 r/d_j=1 处;当 H=6d_j 时,Nu 最大值位于射流中心处。     

基于吸收光谱法的CO_(2)正压测量技术分析北大核心CSCD

为了研究可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在气体检测过程中,正压条件下的相邻谱线影响问题,建立基于积分吸光度的压力测量模型。以CO_(2)为研究对象,在室温、高纯度条件下进行了范围为(1~2)atm的压力测量仿真和实验。实验结果显示:随着压力的增大,相邻吸收谱线相互影响程度加剧,吸光度曲线偏离零基线的程度加大;实验测量结果在1.25 atm处最大相对偏差为4.94%,在2.00 atm处最小相对偏差为0.73%,平均相对偏差为3%。     

波长调制吸收光谱技术的燃气轮机燃烧室温度组分二维分布测量方法

可调半导体激光光谱技术（TDLAS）可实现温度、组分浓度等多参数同时测量,具有体积小、响应速度快、环境适应性高等优点,逐渐成为燃烧流场诊断的主要手段之一。TDLAS光谱测量常采用直接吸收技术和波长调制技术,其中强度归一化的波长调制技术,适合存在振动、湍流等致光束偏转效应和强辐射本底等恶劣应用环境条件的燃气轮机流场参数测量。基于TDLAS技术,开展了1f归一化波长调制技术燃气轮机燃烧室温度、组分浓度参数测量方法研究和实验室验证工作,并在某燃气轮机单喷嘴台架进行了冷态、热态试验验证,实现了燃气轮机燃烧室沿气流方向温度及H₂O、CH₄浓度二维分布测量。采用1f归一化波长调制技术抑制台架振动、热辐射背景噪声,采用1 392,1 469和1 343 nm蝶形封装的DFB激光器,三支激光器的出光方式为时分复用,选取H₂O的7 185.6,6 807.83和7 444.3 cm-1处的吸收线,两两组合使用,测量热态下一定范围内的温度和H₂O浓度;采用1 654 nm蝶形封装的DFB激光器,选取CH₄的6 046.96 cm-1处的吸收线进行冷态CH₄浓度测量。实验室对测量系统可靠性进行验证,配置4%~6%范围内的CH₄气体进行测量并与实际值对比,浓度测量最大相对偏差为3.72%;在高温炉中设定900~1 500 K范围内的温度台阶,充入纯水汽,计算不同设定温度和压力下的温度和浓度测量值,温度测量最大相对偏差3.07%,浓度测量最大相对偏差为-2.00%,验证了该测量系统的可靠性。台架燃气轮机实验中,集成了一套小型化测量仪器,设计多束激光收发一体的测量结构。实验采用两个电动位移台,搭载测量结构,每间隔5 mm逐点移动采样,对燃气轮机燃烧室300 mm×60 mm的燃烧区域进行测量,获取了若干工况下冷热态结果。通过双三次插值的方法绘制分辨率为0.5 mm的二维流场分布图,结果分别反映了测量区域范围内CH₄和火焰分布的真实状态。为燃气轮机喷嘴燃料、空气掺混情况和燃烧特性研究提供了新的研究方法和技术手段。     

平面撞击流偏斜振荡的实验研究与大涡模拟

采用实验和大涡模拟对喷嘴出口雷诺数(Re= U₀ hρ/μ, 其中 U₀为出口平均速度, h为平面喷嘴出口狭缝高度, ρ和 μ分别为流体的密度与动力黏度)为25–10000, 喷嘴间距 L为4h–40h范围内的平面撞击流偏斜振荡特性进行了研究. 通过对平面撞击流模拟和实验的结果进行比较, 验证了数值模拟的可靠性, 并对平面撞击流发生偏斜振荡的无因次参数(喷嘴间距 L/h与出口雷诺数 Re)范围进行划分, 重点考察了湍流平面撞击流的偏斜振荡周期及速度-压力变化特征. 研究结果表明大涡模拟能对平面撞击流的偏斜振荡进行有效预报; 当平面撞击流发生周期性偏斜振荡时, 特定点的压力与速度也发生周期性变化, 且变化周期与偏斜振荡周期一致, 偏斜振荡本质上是由速度-压力的周期性变化和转换引起的. 关键词： 平面撞击流 偏斜振荡 大涡模拟     

基于Ramp-VG阵列的超声速混合层流动控制实验研究

利用基于纳米示踪的平面激光散射(nano-tracer-based planar laser scattering,NPLS)技术研究了Ramp-VG阵列对超声速混合层流场的控制效果.对流Mach数Mac=0.17.通过比较无控和控制状态下的混合层NPLS图像,发现控制状态下混合层流动速度提高了5％～15％,K-H不稳...     

碘化钾-镉(Ⅱ)-吖啶黄高灵敏离子缔合分光光度法测定痕量镉

以聚乙烯醇为表面活性剂,在pH3.6乙酸-乙酸钠缓冲介质中,吖啶黄与[cdI4]2-络阴离子形成稳定的离子缔合物[AY]2[CdI4].该缔合物的最大吸收波长为294nm,表观摩尔吸光系数为3.0×105L·mol-1·cm-1,Cd(Ⅱ)质量浓度在0-25μg· L-1范围内符合比耳定律.该法直接用于铜镉渣中镉的测定,选择性好、灵敏度高,相对标准偏差为4.5％,测定结果令人满意.     

First-principles calculations of structure and elasticity of hydrous fayalite under high pressure

The structures,elasticities,sound velocities,and electronic properties of anhydrous and hydrous fayalite(Fe_2SiO_4and Fe_(1.75)H_(0.5)SiO_4)under high pressure have been investigated by means of the density functional theory within the generalized gradient approximation(GGA)with the on-site Coulomb energy being taken into account(GGA+U).The optimized results show that H atoms prefer to substitute Fe atoms in the Fe1 site.Compared with the anhydrous fayalite Fe_2SiO_4,the mass density,elastic moduli,and sound velocities of Fe_(1.75)H_(0.5)SiO_4 slightly decrease.According to our data,adding 2.3 wt%water into fayalite leads to reductions of compressional and shear wave velocities(VPand VS)by3.4%–7.5%and 0.3%–3.4%at pressures from 0 GPa to 25 GPa,respectively,which are basically in agreement with the2%–5%reductions of sound velocity obtained by the experimental measurement in the low velocity zones(LVZ).Based on the electronic structure,the valence and conduction bands are slightly broader for hydrous fayalite.However,hydrous fayalite keeps the insulation characteristics under the pressures up to 30 GPa,which indicates that hydration has little effect on its electronic structure.     

Application of multi-pulse optical imaging to measure evolution of laser-produced counter-streaming flows

A counter-streaming flow system is a test-bed to investigate the astrophysical collisionless shock(CS) formation in the laboratory. Electrostatic/electromagnetic instabilities, competitively growing in the system and exciting the CS formation, are sensitive to the flows parameters. One of the most important parameters is the velocity, determining what kind of instability contributes to the shock formation. Here we successfully measure the evolution of the counter-streaming flows within one shot using a multi-pulses imaging diagnostic technique. With the technique, the average velocity of the high-density-part(ne ≥ 8–9 × 10~(19)cm~(-3)) of the flow is directly measured to be of ～ 10~6cm/s between 7 ns and 17 ns.Meanwhile, the average velocity of the low-density-part(ne ≤ 2 × 10~(19)cm~(-3)) can be estimated as ～ 10~7cm/s. The experimental results show that a collisionless shock is formed during the low-density-part of the flow interacting with each other.     

基于离轴腔增强吸收光谱双组分CH4/H2O高灵敏度探测研究

H₂O和CH₄在气候变化过程中起着关键作用,实时在线测量H₂O和CH₄浓度一直都是国内外学者研究的热点问题之一。利用1.653 μm可调谐半导体激光器作光源,结合反射率为99.997 6%的两片高反射镜组成离轴腔增强吸收光谱装置,开展了H₂O和CH₄的高灵敏度测量研究。离轴腔增强系统的有效吸收光程通过吸收面积-浓度关系法来标定,吸收面积-浓度关系法的可行性首先通过已知光程的光学吸收池进行验证,确定有效后用于标定离轴腔增强系统的有效光程。结果表明,基长为21 cm的离轴腔增强系统的有效吸收光程达到了8 626.3 m。当谐振腔内压力为5.06 kPa时,利用7组不同浓度的CH₄标准气体（0.2～1.4 μmol·mol-1）对系统进行了线性响应标定测试,得到了CH₄吸收的积分面积与浓度拟合关系曲线。系统的稳定性、可实现的最小探测灵敏度等信息通过Allan方差进行分析,结果表明系统对探测CH₄的最佳平均时间为100 s,最小可探测浓度极限为7.5 nmol·mol-1;系统对探测H₂O的最佳平均时间为200 s,最小可探测浓度极限为55 μmol·mol-1。对提高系统测量精度的数据处理方法也进行了分析研究,结果表明相比于多次平均方法,Kalman滤波能显著的提高测量精度,而且缩短了系统的响应时间。最后,利用搭建的离轴腔增强实验系统结合Kalman滤波数据处理方法对实际大气中CH₄和H₂O浓度进行了连续两天的测量,CH₄每天平均的浓度分别为2.1和2.08 μmol·mol-1,H₂O每天平均的浓度分别为11 515.6和11 628.6 μmol·mol-1,由此可知建立的离轴腔增强吸收光谱装置能够用于大气CH₄和H₂O的测量,另外建立的系统也可用于相关工业领域的高灵敏度CH₄和H₂O监测。     

超声喷流氩氢混合团簇特性研究

利用瑞利散射方法研究了超声喷流Ar-CH4混合团簇和超声喷流Ar-H2混合团簇的特性.通过测量不同混合比例和不同背压下所形成混合团簇的散射信号发现,当用Ar气和CH4的混合气体进行超声喷流时很容易形成Ar-CH4混合团簇,当Ar气含量为50%时混合团簇尺度最大且大于相同气压下纯Ar团簇尺度和纯CH4团簇尺度.实验发现,与纯H2团簇只能在低温条件下获得不同,常温下即可形成Ar-H2混合团簇,实现了常温下含氢团簇的获取,从而有效降低了制备成本.在H2含量大于40%时混合团簇开始形成并在60%时达到最大尺度.含氢(氘)混合团簇在氢(氘)团簇的基础上引入了更重的异核Ar元素,在激光氘团簇聚变实验中它将进一步加速氘离子从而获得更高的能量,并具有更高的中子产额和聚变效率.