低功率氩电弧加热发动机的数值模拟

采用可求解可压缩流动与传热的全速度SIMPLE算法,对低功率氩电弧加热发动机内部的传热与流动进行了数值模拟,获得了电弧加热发动机内的温度、速度、马赫数及流线分布。计算结果表明：电弧加热发动机内最高温度出现在阴极下游附近中心轴线处,这是因为电弧在阴极表面收缩形成阴极弧点,从而焦耳热成为该高温区的主要加热机制;沿着发动机中心轴线,气体温度和速度开始时随着距阴极距离的增加而迅速增加,然后在等离子体流向喷管出口的过程中,气体温度和速度逐渐下降。此外还详细考察了弧电流变化对电弧加热发动机内部传热与流动特性的影响,计算获得的发动机流量和比冲与实验结果基本一致。     

低功率氩电弧加热发动机的数值模拟

采用可求解可压缩流动与传热的全速度SIMPLE算法,对低功率氩电弧加热发动机内部的传热与流动进行了数值模拟,获得了电弧加热发动机内的温度、速度、马赫数及流线分布。计算结果表明:电弧加热发动机内最高温度出现在阴极下游附近中心轴线处,这是因为电弧在阴极表面收缩形成阴极弧点,从而焦耳热成为该高温区的主要加热机制;沿着发动机中心轴线,气体温度和速度开始时随着距阴极距离的增加而迅速增加,然后在等离子体流向喷管出口的过程中,气体温度和速度逐渐下降。此外还详细考察了弧电流变化对电弧加热发动机内部传热与流动特性的影响,计算获得的发动机流量和比冲与实验结果基本一致。     

低中功率氢电弧加热发动机内传热与流动比较

本文采用数值模拟方法对低、中功率氢电弧加热发动机内的传热与流动特性进行了比较研究。结果表明:低、中功率氢电弧加热发动机内的传热与流动规律基本相似;发动机内最高温度出现在阴极尖下游附近;发动机轴线上的轴向速度在约束段出口附近达到最大值。随着发动机功率的增加,发动机内的最高温度和轴线上的最大速度也随之增加。本文还将数值模拟获得的电弧加热发动机性能参数和文献中报道的实验测量值进行了比较,二者符合良好。     

电弧加热发动机尾流的光谱诊断

电弧加热发动机是一种为航天器提供机动和控制推力的装置。由于比冲远高于传统的使用化学推进剂的发动机,近年来,电弧加热发动机引起了愈来愈多的关注。为了了解电弧加热发动机的工作过程机理,讨论了电弧加热发动机尾流的诊断方法并设计了一套光谱诊断系统。在此系统上,以氩气为工作气体,设定气流量和电流,在模拟空间环境下对电弧加热发动机尾流的光谱信号进行了采集。实验结果表明系统具有较高的信噪比,可以忽略噪音对光谱信号强度的影响,采集到的数据能够真实地反映物理过程。通过对采集到的谱线强度信号进行分析和处理,得到了尾流中氩的谱线发射系数的径向分布,并进一步得到了尾流平均激发温度的径向分布。实验结果表明电弧加热发动机的尾流处在热力学非平衡态下,因而用谱线强度法测温时选用不同的谱线,得到的温度值是不同的。     

电弧加热发动机羽流的非平衡态光谱诊断

电弧加热发动机是一种为航天器提供机动和控制推力的装置。为了研究电弧加热发动机的工作机理,本文讨论了电弧加热发动机羽流的光谱诊断方法并设计了一套光谱诊断系统。在此系统上,以氩气为工作气体,设定氩气流量和电流,在模拟空间环境下对电弧加热发动机羽流进行了光谱诊断。利用采集到的光谱信号,分别用谱线的绝对强度法和波尔兹曼图法得到了羽流温度的径向分布。测量结果表明本文工况下羽流处在热力学非平衡态下。此外,本文还对测量进行了初步的误差分析。     

原子发射光谱双谱线法测量固体火箭发动机内燃气温度

发展了一种利用原子发射双谱线法，测试固体火箭发动机燃烧室内燃气温度的方法，设计了相应的测试系统。该方法利用石英光学纤维，将固体火箭发动机内高温高压燃气的光谱辐射信号传入测量系统；选用了两条波长间隔小的谱线，大大减少了光谱辐射率，光谱透射率等对光谱测量的影响，设计使用了耐压测量探头，保证在高压，强腐蚀条件下，系统的密封性和光的透过率，对装填有SQ－2推进剂的固体火箭发动机燃烧室内的气流温度进行了在线检测，测量时间分辨率可高达0．5μs。     

谱线强度法所测得温度的物理意义

从统计热力学的角度分析了电子温度和激发温度的不同。明确的指出谱线强度法所测得的是重粒子内部电子的激发温度而不是自由电子温度。在热力学平衡态下等离子体激发温度与电子温度相同,在热力学非平衡态下激发温度与电子温度不同。在对真空室中电弧加热发动机羽流的研究中,采用谱线强度法测量了羽流的表观激发温度,同时采用Langmuir探针法测量羽流的电子温度,两种温度之间的巨大差异证实了谱线强度法所测得的温度不是电子温度。     

低功率电弧放电辅助甲烷燃烧的实验研究

利用低功率电弧放电辅助甲烷燃烧,研究了在不同甲烷/空气比例的情况下,等离子体对甲烷燃烧的影响。采用发射光谱仪进行光谱诊断,比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰发射光谱的异同,讨论了等离子体辅助燃烧可能发生的过程和机理。比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰温度的变化。利用气相色谱和烟气分析仪对甲烷燃烧产物中的CH₄、CO 和O₂ 进行分析。实验结果表明,加等离子体后,火焰的温度升高,尾气中的可燃性成分减少,氧气含量降低,在很大程度上提高了甲烷的燃烧效率;甲烷/空气的比例越低,燃烧效率的提高越明显;甲烷的富燃燃烧极限从16%调高到21%。     

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.      

氩等离子体射流冲击平板壁面处电子温度的测量

本文对空气环境中氩等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的电子温度，采用静电探针方法进行了测量．研究了等离子体温度、速度以及平板至发生器出口距离等参数的影响．实验结果表明，在冷壁面附近，电子温度总是明显高于相应的重粒子温度，从而证明在等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的边界层显著偏离局域热力学平衡（ＬＴＥ）状态．实验结果还表明，探针污染是影响测量结果可靠性的一个重要因素．     

Effects of Anode Temperature on Working Characteristics and Performance of a Low Power Arcjet Thruster

An arc-heated thruster of 130-800W input power is tested in a vacuum chamber at pressures lower than 20Pa with argon or H2-N2 gas mixture as propellant. The time-dependent arc voltage-current curve, outside-surface temperature of the anode nozzle and the produced thrust of the firing arcjet thruster are measured in situ simultaneously, in order to analyze and evaluate the dependence of thruster working characteristics and output properties, such as specific impulse and thrust efficiency, on nozzle temperature.     

Error Analysis of Surface Temperature Measurement by Infrared Sensor

The general mathematical model for the surface temperature measurement based on infrared radiation is proposed. Measurement error function is derived and analyzed. The results of analyze are presented and conditions of measurement for better measurement accuracy are determined.     

低温流量测量

低温流体的许多性质比较特殊 ,其流量测量不同于一般流体。文中对文丘里流量计、涡轮流量计和相关流量计等几种常用低温流量计的原理、基本技术参数和应用范围进行了介绍 ,并且对这几种流量计的性能进行了比较。     

一种实用化实时测温系统的优化设计

基于基尔霍夫定律，利用半导体激光器及钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的实时测温系统。依照测温系统各主要技术指标(温度分辨力、温度的标准偏差及测温范围)与各主要技术参量(激光光源的能量、波长、放大器的带宽及光学系统的相对孔径等)之间的关系，对实时测温系统的各主要参量(激光光源的能量、光学系统的相对孔径及放大器的带宽)进行了优化设计。实验表明，在测温范围673～1473K内，温度测量的不确定度优于0．3％，分辨力优于0．4K，均符合设计要求。     

表面辐射测温方法的设计原理

讨论了表面辐射测温方法的设计中所包含的几个基本问题:辐射的光谱和方向复杂性问题、光学设计问题以及电路设计问题,给出了具有普适意义的辐射测温基本分析式。比较了绝对辐射测温方法和相对辐射测温方法,指出前者须做标定,并且不宜进行温度场测量;后者无须标定,适合于温度场测量。     

低压蒸汽滴状冷凝表面温度分布实验研究

本文利用自组装技术制备了铜基十八烷基硫醇疏水表面(SAM),通过红外热像仪分析了低压条件下液滴表面和换热表面的温度分布以及液滴脱落引起的温度分布演变。实验结果表明:低压蒸汽冷凝条件下,冷凝表面局部温度分布不均匀;单个液滴表面温度呈中心高边缘低的凸型分布;随着液滴半径的增加,液滴表面温度升高;相同操作压力下,随着过冷度的增加,液滴表面温度降低。在液滴脱落过程中,液滴表面温度逐渐升高,同时裸露出的换热表面局部过冷度增大,局部表面温度呈现出中心低周围高的凹型温度分布,随之恢复到液滴脱落前的温度。随着蒸汽压力降低,冷凝临界过冷度增加,导致裸露表面上具有更低温度的中心区域核化点密度高,最终加剧了整个换热表面液滴尺寸分布的非均匀程度。     

量热式激光能量计内外表面温差对测量结果的影响

从理论上研究了量热式激光能量计激光照射过程中和激光照射后内外表面温度时间关系．编制了计算机程序计算得到激光照射时间内以及激光停止照射后内外表面温度关系曲线．通过稳定的高温温度场加热试验件模拟激光照射量热式激光能量计内外表面温度的升温过程，通过迅速将试验件移离高温温度场模拟激光停止照射后量热式能量计内外表面温度的变化，并测量了量热式能量内外表面温度时间曲线．实验和理论研究结果相符，结果表明激光停止照射后，内外表面温度迅速趋近，由此引入的测量不确定度小于0．25％．     

Temperature Measurement in Rapid Thermal Processing with Focus on the Application to Flash Lamp Annealing

The present review intends to help its reader find a suitable method for temperature measurement in Millisecond Spike Annealing (MSA). For this purpose it is going to highlight current and former industrial and research approaches for both RTP (Rapid Thermal Processing) and MSA to measure the “true wafer temperature.” The theoretical background of each measurement technique is considered along with its capability to be applied in MSA tools as well as its suitability for industry in terms of time and temperature resolution.     

Determination of Interior Surface Temperature Using Luminance Measurement of Thermochromic Liquid Crystals

This paper presents a new method to measure interior surface temperature distributions. An image-resolved luminance measurement camera is used to capture light transmitted through thermochromic liquid crystals (TLC). These crystals change their optical properties with temperature. The experiments clearly show a unique relationship between temperature and the luminance value of the TLC. A calibration function is detected to transform the measured luminance distribution into corresponding temperatures. The developed method is applied to a model of an automotive headlamp. The data are compared with results obtained by using standard techniques such as infrared camera and thermocouple measurement. By that, a reasonable accuracy of the developed method of about ± 0.7°C can be determined. Knowing the temperature on both inner and outer surfaces, the heat transfer can be evaluated.     

自动多波段红外海洋表面温度辐射系统研究

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究,设计了一种能够自动测量海水表面温度的多波段红外辐射系统,其分辨率优于0.1℃,精度优于±0.5℃。系统采用了4个波段,即3.5～4.0μm,8～13μm,10.3～11.3μm和11.5～12.3μm。内部光学系统通过两个不同温度的参考黑体进行实时校正,保证光学系统被盐雾沉积后也不影响整个系统的精度。另外,为了防止恶劣天气对系统的影响,还设计了一个由雨量传感器触发的自动保护罩。通过实验室标定和岸边实验对系统精度和稳定性进行了实验验证。