TDLAS与CARS共线测量发动机温度

发动机燃烧室设计以及计算流体动力学模型的建立和验证需要对燃烧室流场温度等参数进行精细化测量。本文提供了一种TDLAS与CARS技术共线的测温装置,解决了两种技术在联合测量时探测区域不一致的问题,同时使二者共用发射端与接收端,降低了系统的复杂性。利用建立的测量系统在超燃发动机试验台不同位置处开展了温度测量实验,结果表明发动机燃烧段的凹槽区域内(距流道下壁面30mm)煤油燃烧时期温度最高(约2400 K),而发动机燃烧段下沿(距流道下壁面10 mm)煤油燃烧时期温度上升不明显。     

基于CARS技术的超燃冲压发动机点火过程温度测量

相干anti-Stokes Raman散射（coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS）技术作为一种非接触测量手段,已广泛应用于多种发动机模型燃烧室温度测量及地面试验.然而,目前的工作主要集中在稳态燃烧场温度的测量,缺乏用高分辨率的单脉冲来测量瞬变的燃烧火焰温度及组分浓度的研究.基于CARS理论,结合多参数拟合算法,开发了基于MATLAB的CARS光谱计算和拟合程序CARSCF;利用McKenna平面火焰炉在不同工况下进行了温度测量,并与DLR测量结果进行对比,结果显示开发的CARSCF具有较高的测量重复性和准确性;最后将CARS技术应用于测量超燃冲压发动机点火过程中的温度测量,获取了点火过程中的温度.结果显示,在来流Mach数为3的条件下,H₂/air点火过程中温度呈现急剧上升然后缓慢下降,而CARS信号则呈现急剧上升然后急剧下降随后又缓慢上升的趋势,并且在点火过程中最高温度为1 511 K.      

用发射光谱法测量氮气直流辉光放电的转动温度

本文报道了氮气气压分别为10和20Pa时，对直流辉光放电的发射光谱进行测量和分析的结果。选择的研究对象为N2放电中形成的N2^ B^2∑u^ →X^2∑g^ 跃迁的Δv=v′-v″=0谱带系中v′=0→v″=0谱带的R支。在阴极背面辉光区、阴极鞘层区、正柱区以及阳极辉光区中分别选择一点进行了转动分辨的发射光谱的测量。利用自己编写的光谱拟合程序，获得了相应的实验条件下N2^ 的转动温度，给出了转动温度随放电电压的变化趋势，其结果可以用直流放电的帕邢定律得到很好的解释。在10和20Pa气压下，放电的阴极鞘层区、正柱区、阳极辉光区中的转动温度都随放电电压呈现出了不同的变化趋势，甚至是完全相反的变化趋势。我们认为这是由于气压不同时，放电状态不同所致：气压为10Pa时的放电是正常辉光放电，而气压为时20Pa的放电为反常辉光放电。     

火焰中N_2分子CARS谱及温度测量

本文实现了对乙炔/空气火焰中N_2分子CARS谱的测量,同时也进行了N_2分子CARS谱的理论计算,通过实验测量与理论计算比较,确定了火焰的温度.其结果与我们用OH基荧光方法测量的结果基本符合.     

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。     

激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种重要的分析手段被广泛应用于材料分析、环境监测等领域.特别是随着大气污染问题的日趋严重,基于LIBS的大气污染在线监测分析技术快速发展,氮气等离子体特性的时间演化规律对研究激光诱导大气等离子体动力学和发展大气污染监测的LIBS技术具有重要意义.而温度和电子数密度作为表征等离子体状态最重要的参数,直接影响着等离子体形成、膨胀和退化中的动力学过程以及等离子体中的能量传输效率.本文利用等离子体时间分辨光谱,研究了连续背景辐射、分子谱线强度及信背比(分子谱线与连续背景辐射的比值)在等离子体演化过程中的变化规律,结果显示连续背景辐射寿命在700 ns左右,N_2~+(B~2Σ_u~+-X~2Σ_g~+,v:0-0)跃迁谱线强度在12—15μs范围内达到最大值,信背比随时间呈现上升、稳定的趋势,因此利用N+2分子离子第一负带系(B~2Σ_u~+-X~2Σ_g~+)研究等离子体温度的观测窗口应选择在10—25μs之间;基于双原子光谱理论,通过拟合实测光谱和仿真光谱研究了大气压下激光诱导氮气等离子体温度随时间的演化趋势,由于辐射损耗远小于碰撞作用,在10—28μs内等离子体温度从约10000 K按指数衰减到约6000 K;在准确测定仪器展宽线型的基础上,利用Nelder-Mead单纯形算法,研究了N原子746.831 nm谱线的Stark展宽和位移随时间的演化趋势,计算了等离子体中电子数密度随时间在10~(17)—10~(16)cm~(-3)量级间衰减,通过分析发现造成等离子体中电子数衰减的主要机理是三体碰撞复合.     

燃烧流场线CARS测温技术研究

常规CARS采用凸透镜聚焦多束激光于空间一点,在满足相位匹配条件下产生携带该点温度信息的CARS信号。常规CARS一次只能测量一个空间点的温度,难以满足燃烧流场深入研究需要。为了提高CARS测量能力,使得CARS在一次测量中获得更多信息,提出了线CARS测量方法。线CARS测量方法在常规CARS基础上采用柱面凸透镜替换普通凸透镜,使得聚焦位置由焦点变为焦线。由于焦线上的点大部分满足相位匹配关系,因此可以同时获得多点CARS信号。后续光路同样采用柱面凸透镜替换普通凸透镜,通过光谱仪和ICCD相机将CARS信号传输至计算机,解析出聚焦线上CARS信号对应的温度信息,实现CARS测量能力由“点”到“线”的提升。基于平面火焰炉的燃烧实验结果表明：线CARS可以一次有效测量200个空间点的温度信息,空间测量长度约3.6 mm,空间分辨率约18 μm,测量结果相对不确定度优于7%,在保持测量精度的同时有效丰富了单次测量信息。     

CARS光谱测温技术应用于燃油炉火焰温度场的测量

一、引言 由于CARS光谱测量技术具有高度的时间和空间分辨率以及无接触测量等优点,特别适用于燃烧动力过程的研究,如火焰温度、温度波动以及燃烧产物浓度的测量。这项技术在国际燃烧研究领域发挥了越来越大的作用。目前,我国在这项测量技术的开发利用方     

分时窄带CARS光谱技术在测量烯烃浓度方面的应用

基于相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱技术机理,针对甲醇制烯烃(MTO)产物中多种组分烃类的探测需求,搭建了一套扫描式窄带CARS光谱实验装置。采用该装置对甲烷,乙烷,乙烯,丙烯分别进行CARS光谱扫描,获得了各分子的特征拉曼谱;并在相同实验条件下进行比对试验,得到不同分子特征峰处的CARS信号强度与目标气体浓度及其他背景气体之间的关系。通过建立简化模型对不同分子的CARS信号特征峰强度信息进行解析,提出了一种分时窄带CARS光谱探测多种拉曼活性气体浓度的方法,用于快速在线分析催化化工等领域中各类流体的组分。利用这种方法探测了甲烷,乙烯,丙烯的浓度,将实验误差控制在9%以内。     

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%.     

低能氢原子在氮气和氢气中剥离截面的初步测量

本文报导了氮气(N_2)和氢气(H_2)对氢原子束剥离截面的测量系统及实验结果。当氢原子束能量从0.6千电子伏增至10千电子伏时,氮气截面由1.3×10~-17厘米增至2.44×10~-16厘米,当氢原子束能量从1千电子伏增至10千电子伏时,氢气截面在(2—6)×10~(-17)厘米。范围内变化。     

用稀土铕离子的激发光谱测量温度

从理论上探讨了利用稀土离子的激发光谱来测量温度的可能性，并从实验上给予了验证。以ＥｕＣｌ３·６Ｈ２Ｏ粉末作为样品，选择Ｅｕ３＋离子７Ｆ１→５Ｄ０的磁偶极跃迁，由其激发光谱测量了样品的温度。在低于２９０Ｋ时，测量误差小于０．６％。用现有的实验系统和样品，可以准确地测量４０Ｋ至３３０Ｋ的温度。文中对进一步提高测量精度和扩大可测温度范围的途径作了讨论。     

CARS技术中泵浦激光光场相干特性的研究

本文从理论上指出，在分子振动能级的横向弛豫时间远小于激光相干时间的条件下，相干反斯托克斯喇曼散射（ＣＡＲＳ）信号能够反映出激光光场的相干特性，据此可直接了解其相干时间并推算出激光的线宽。实验记录了苯、甲苯的ＣＡＲＳ光信号与激光延时时间的关系，得出了激光的相干时间和线宽。     

用CARS技术确定拉曼退偏比的一种数据处理新方法

Yuika等人利用偏振CARS技术可以准确地确定分子的拉曼退偏比.其方法是，首先对不同检偏角_d所对应CARS谱峰的频率分布进行数学模拟，然后由所得系数随检偏角φ_d的变化求得使CARS信号中共振项消失的偏振角φ^０_d，最后由消失条件ρ＝-1/(tanθtanφ⁰_d)求出退偏比ρ，θ为产生CARS光的Pump光与Stokes光偏振方向的夹角.本文提出的数据处理方法，即交点法.同Yuika等人处理数据的方法相比，交点法毋需关于谱峰频率分布的知识，做法也更为简便.     

微波脉冲氮气等离子体发射光谱测量

通过发射光谱测量和拟合不同的微波脉宽和气压下C波段微波放电的氮气等离子体振动温度、转动温度和电子激发温度。气压在266～400 Pa时,等离子体的振动温度为(2700100) K,电子激发温度为(0.32 0.015) eV,转动温度随脉宽增加而上升,实验中测得的最大转动温度为370 K。偏离266～400 Pa时,振动温度和电子激发温度同时出现了下降的趋势,而转动温度出现了上升的趋势。这意味着电子激发温度和振动温度具有很强的关联性。     

微波脉冲氮气等离子体发射光谱测量

通过发射光谱测量和拟合不同的微波脉宽和气压下C波段微波放电的氮气等离子体振动温度、转动温度和电子激发温度。气压在266~400Pa时,等离子体的振动温度为(2700±100)K,电子激发温度为(0.32±0.015)eV,转动温度随脉宽增加而上升,实验中测得的最大转动温度为370K。偏离266~400Pa时,振动温度和电子激发温度同时出现了下降的趋势,而转动温度出现了上升的趋势。这意味着电子激发温度和振动温度具有很强的关联性。     

相干瑞利散射海水水下温度测量技术的理论研究

海水水下温度的快速大范围测量是海洋监测的重要内容,在民用和军事领域都有着至关重要的意义,本文提出了采用相干瑞利散射方法测量海水水下温度的新方法:用宽带高速光电探测器接收本振激光和海水后向瑞利散射光相干产生的差频信号,进行傅里叶变换分析获取海水瑞利散射展宽谱,从而反演海水温度,首先从海水的热力学特性出发,对利用瑞利散射谱测量海水水下温度的基本原理进行了理论研究和软件模拟;然后对采用相干探测测量海水瑞利散射谱的测量方法进行了理论分析和软件模拟;在此基础上对瑞利散射海水水下温度测量精度进行了分析,得出当水体瑞利散射频谱半宽度测量精度为1 MHz时,测温精度约为0.35 K。     

图象处理技术用于发光火焰温度分布测量的研究

一、前言 火焰温度的测量是一个难题,发光火焰温度分布的测量则更加困难。现有的各种测温方法都难以直接用来测量发光火焰的温度分布,故本文提出采用图象处理法测定发光火焰,特别是煤粉火焰的温度分布。火焰图象是工业燃烧宏观、整体过程的充分反映,也是控制燃烧的直接观察对象。通过对发光火焰图象信息的分析、处理和计算可获取其温度和温度分布,进而可求得反映燃烧状态的其他特征。     

基于时分复用技术的吸收光谱气体温度在线测量研究

可调谐半导体激光吸收光谱技术是一种具有高灵敏度、高选择性的非接触式气体在线测量技术。通过直接扫描多条H2O特征谱线并结合最小二乘算法实现对开放环境气体温度的在线测量。利用HITRAN光谱数据库详细讨论了边界效应对气体温度浓度测量的影响,计算结果表明,扫描多特征谱线并结合最小二乘算法可有效减小边界效应对开放环境气体温度测量的影响。实验中采用时分复用技术同时扫描了7 444.36,7 185.60,7 182.95和7 447.48cm-1四条H2O特征谱线,对管式炉573～973K范围内不同工况下的气体温度进行了测量。吸收光谱测量结果与热电偶信号的最大温差小于52.4K,温度测量最大相对误差为6.8%。