超音速燃烧室氢氧基平面激光诱导荧光测量

用平面激光诱导荧光 (PLIF)技术测量了氢 /空气和煤油 /空气超音速燃烧室氢氧基的荧光以及背景辐射光的图像。实验结果表明 ,PLIF是鉴别对燃烧性能起关键作用的燃料 /空气混合过程的有效手段 ,发现在超音速燃烧室中PLIF氢氧基主要集中在凹腔区域 。

气相爆轰波反应区结构的平面激光诱导荧光测量

基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术对2H_2+O_2+10Ar的预混气体爆轰波反应区结构进行实验研究.采用高浓度的氩稀释有利于减小爆轰化学反应自发辐射光对OH荧光的影响.合理设置PLIF系统、爆轰波和ICCD之间的同步控制触发延时,得到爆轰波阵面附近的OH荧光分布图像.结果表明:诱导激波后反应阵面不是平面且不稳定.荧光图像上能清晰地看到类似拱顶石的结构,它位于两马赫杆之间,以入射激波、剪切层和反应阵面为边界.无论是在马赫杆后还是在入射激波后,OH浓度分布在诱导区末端急剧增加至最大值.随着离开反应阵面的距离增加,OH浓度快速减小.由于爆轰模式和激光片光方向的影响,从PLIF图像上测得的横波间距值较离散,均小于胞格宽度.

利用平面激光诱导荧光技术测量燃烧场内NO的浓度分布

介绍了平面激光诱导荧光的原理及实验装置,利用可调谐OPO激光器,在甲烷 空气火焰及一些高能燃剂燃烧火焰中测得了NO分子在不同压力、不同燃烧时刻的系列荧光谱线及二维浓度分布,并给出实验结果分析。

瞬态流场定量测量中平面激光诱导荧光图像的降噪

研究并评价了单幅荧光图像的降噪方法,以便真实、有效地获得用于瞬态流场测量的荧光图像的流场参数。分析了单幅荧光图像中的噪声来源,根据对双线测温信息提取的影响程度,确定米散射强噪声作为主要的滤波对象。分析了不同数字滤波方法的适用范围,并对丙酮荧光显示的流场图像进行了降噪处理。通过检查荧光图像与滤波处理图像的差值图像中含有荧光图像结构信息的程度评价了降噪效果。比较表明,形态学开运算图像重构滤波方法对荧光图像中米散射强噪声去除效果较好,并可较好地保护图像中原有荧光信息的细节。采用形态学开运算图像重构滤波方法对Q2(11)线与P1(7)线激励甲烷/空气预混火焰获得的荧光图像进行处理,得到了较为平滑的二维温度分布,测量温度在2 000K左右。结果表明,形态学滤波方法在瞬态流场定量测量的PLIF图像降噪处理方面具有一定的应用潜力。

欠膨胀自由射流密度场的丙酮平面激光诱导荧光显示与测量

介绍了利用丙酮平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量自由射流密度场的原理,并对两种射流总压下含有丙酮蒸气示踪剂的欠膨胀自由射流的密度场结构进行了显示。所得图像直观地显示了射流的桶状激波和马赫盘等特征信息,从中可以看出射流欠膨胀度主要影响马赫盘以前的流场,射流欠膨胀度越高,则射流直径越大,马赫盘越远离喷口,桶状激波越向外凸出。为检验丙酮PLIF技术测量密度场的精度,对实验流场进行了数值仿真。仿真所得到的密度场结构以及沿射流轴线的归一化密度变化曲线与实验得到的相应结果符合较好。

平面激光诱导荧光技术用于快速液-液混合过程温度场测量

利用平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)研究了毫米尺度流道内,两股不同温度液膜的错流混合过程.根据激光诱导作用下荧光强度的温度依赖特性,可视化地揭示了液-液错流混合区的二维温度场分布.采用温度离析度(Intensity of Segregation,IOS)的概念定量描述了液-液混合的发展过程,分析了不同射流动量比对混合过程的影响.计算了该过程混合区水的总传热系数,与纯湍流作用的总传热系数比较发现,两液膜撞击射流对传热有强化作用,射流动量比是影响其总传热系数的重要因素.

平面双光子激光诱导荧光技术在高焓气流氧原子测量中的初步应用

基于双光子吸收激光诱导荧光(Two-photon absorption laser-induced fluorescence,简称TALIF)技术,在纯净的高焓流场环境中进行测量,获得氧原子的荧光信号。为了获取更大区域内的流场信息,将激发激光整形成80mm宽的薄片状激光。通过对测试镜头的优化选择和对ICCD参数的合理设置,实现了对距离镜头大于1.2m超远目标的清晰成像。对所获取的荧光图像进行分析,在测试结果中可以清晰地看到超声速流场中在模型头部形成的弓形激波,亚声速流场中氧原子浓度在距头部30~50mm处最强,靠近模型头部处浓度较前方偏弱,这些结果符合实验预期。测试方法将在下一步运用到流场定量测量中。

基于紫外激光的羟基-平面激光诱导荧光探测研究进展

羟基(OH)是一种广泛存在于燃烧反应过程中的产物,在燃烧诊断技术中,基于羟基的二维空间分布常用于表征火焰的锋面结构,同时羟基也是表征火焰温度、火焰面密度和热释放速率等特征的重要参数。对燃烧火焰中的羟基进行有效探测是探究燃烧动力学演变过程,揭示火焰随机事件产生机理的重要支撑。平面激光诱导荧光(PLIF)技术作为一种光学测量方法,具有时空分辨率高、无干扰、可进行组份选择等优点,已成功用于对本生灯火焰、湍流火焰、旋流火焰和超声速火焰等多种燃烧火焰进行结构观测,为建立燃烧模型提供了重要参考。本文从PLIF探测的基本原理开始,梳理了PLIF技术在燃烧诊断领域的发展历程和研究现状,介绍了基于染料激光、光参量振荡和钛宝石三倍频方式实现的PLIF紫外光源技术,并对不同技术路线的特点进行了讨论,最后对用于OH-PLIF的紫外激光技术发展进行了展望。

利用平面激光诱导荧光技术及CH滤镜测量微喷管射流火焰OH及CH基元

微射流火焰形貌观测及火焰中重要基元的准确测量,对利用微尺度火焰燃烧特性研制开发微型燃烧动力系统具有重要意义。本文建立了微喷管射流火焰实验及光学测量系统,对H_2和CH_4微射流火焰进行了实验研究,测量了两种重要基元(CH,OH)的空间分布。首先,探索了相机曝光时间对H_2微射流火焰成像的影响,得到了不同流速下H_2微射流火焰形貌的变化规律。其次,采用平面激光诱导荧光测量技术得到了不同燃料流速下H_2及CH_4微射流火焰中OH基元分布,同时还利用单反相机加CH滤镜通过长时间曝光(30s)的方法获得了CH_4微射流火焰中CH基元的分布。结果表明,火焰图像清晰度随曝光时间增加提高,曝光时间30s时可获得H_2微射流火焰的清晰照片;采用分辨率2 048×2 048的ICCD相机可获得微尺度火焰OH基元分布的清晰图像。微射流火焰形貌及重要基元的实验结果表明相关数值计算方法准确可靠。

平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究

为了验证平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)方法测量射流混药浓度场的可行性,该文在考察射流混药浓度场随压力变化特性基础上,开展基于PLIF的射流混药浓度场测量试验。研制了射流混药装置及辅助测量装置。配制6种不同浓度的罗丹明6G均匀混合液进行浓度标定,采用平滑滤波消除测量噪声影响。对比总体灰度值标定和分栅格标定2种方法的标定效果,结果表明:采用分栅格标定可以获得较平均的分区域浓度,在标定浓度为1.000 mg/L时,分栅格标定的最大最小平均值之差仅为总体标定的25.22%。开展3种吸入浓度、进水口压力0.1~0.6 MPa时的浓度场测量试验,结果表明:总体上混合管末端变异系数偏大,靠近管壁的变异系数偏大;在压力0.1和0.2MPa时,在测量区域末端的混合液浓度偏大,变异系数较大,混合均匀性较差。该文试验结果表明PLIF方法可用于射流混药浓度场测量,试验方法和结果可为其他液液混合浓度场测量提供参考。

基于飞秒激光与纳秒激光协同多光子诱导荧光的火焰中氢原子瞬态检测

为了准确测量碳氢燃料燃烧过程中原位氢原子,提出了飞秒-纳秒激光协同激发的氢原子瞬态在线探测策略。以243 nm的飞秒激光经过双光子过程将基态氢原子激发到2S能级,随后这些氢原子再被656 nm的纳秒激光激发到3P能级,通过探测3P-2S的荧光发射,实现了宽当量比范围的氢原子无干扰瞬态在线测量。实验结果表明:通过飞秒-纳秒协同的方式,可以有效降低激光光解产生的氢原子对原位氢原子探测的干扰。

OH和CH_2O平面激光诱导荧光同时成像火焰结构

OH和CH_2O平面激光诱导荧光(PLIF)同时成像技术在研究火焰结构和燃烧反应中间产物二维分布等方面能够发挥重要作用。OH的分布被用来表征火焰反应区的结构,而CH_2O的分布则被用来显示火焰预热区的分布。利用OH和CH_2O PLIF同时成像技术研究了甲烷/空气部分预混火焰的结构。从实验系统、光路调节、时序同步、OH A-X(1,0)扫谱、数据采集和处理等方面讨论了PLIF同时成像技术的实验方法。实验结果表明,OH和CH_2O PLIF同时成像能够分别呈现甲烷/空气部分预混火焰反应区和预热区不同形状的瞬时结构;由于反应区在相邻位置的结合,在火焰中能够局部生成新的分裂的预热区。

双色平面激光诱导荧光瞬态燃烧场测温实验

在复杂的燃烧流场等试验研究中,平面激光诱导荧光技术(PLIF)被用于特定气体分子浓度分布、火焰构造和温度分布的测量。基于双色激光诱导荧光测温原理,设计了双激发PLIF系统,选取两条合适的OH自由基激励线,定量测量了甲烷-空气预混火焰的二维瞬态温度场分布。实验中,通过对两个激光脉冲功率和激光轮廓分布监控以及双ICCD成像的空间位置校正,提高了测量的精细程度。给出了测量结果,并与稳态燃烧场火焰的热电偶测量结果进行了对比,不确定度优于5%,这种二维瞬态测温技术能够满足超声速燃烧诊断中的应用。

火焰结构的平面激光诱导荧光技术观测

用平面激光诱导荧光 (PLIF)技术测量了烧煤油的酒精喷灯单脉冲激光诱导荧光 ,由平面荧光图可清晰地看到氢氧基与C2、C3 在火焰中的位置 ,同时 ,也看到了煤油火焰由发生、发展到熄灭过程中火焰结构的变化 ;PLIF技术是研究火焰结构的有力工具。

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。

显示OH浓度分布图像的平面激光诱导荧光技术

用平面激光诱导荧光 (PLIF)技术测量平面火焰炉、狭缝火焰炉的单脉冲激光诱导OH荧光。由平面荧光图可得到氢氧基相对浓度分布和它的宽度。对于扩散火焰 ,高温区在OH带内侧 ;而对于预混火焰 ,二者基本一致。湍流火焰的PLIF图则清晰地显示出火焰面的不规则性。氢氧基的PLIF图像是研究火焰结构和流场的有力工具。

平面激光诱导荧光显示火焰中OH的分布图像

用平面激光诱导荧光技术测量了平面火焰炉、原子气化炉和超声速燃烧室的单脉冲激光诱导OH荧光。由平面荧光图可得到氢氧基相对浓度分布和它的厚度。由超声速燃烧室的OH荧光测量 ,可以看出不同时间OH分布的差别。氢氧基的PLIF图像是研究火焰结构和流场的有力工具。

电弧加热射流O_2激光诱导荧光技术温度测量

采用ArF准分子激光器作为激发光源来激励O2 Schumann Runge带系(B3Σ-u←X3Σ-g)193.3nm附近的转动吸收谱线,用紫外光电倍增管探测该带系256nm附近的荧光信号,建立了ArF准分子激光器O2激光诱导荧光流场测试系统。在建立O2单带测温模型和软件的基础上,利用Schumann Runge带系(10,2)带的荧光信号、测量了氧氩混合电弧加热射流的径向温度分布。结果表明:我们建立的ArF准分子激光器O2 LIF测试系统是成功的。

激光诱导荧光技术测量大气OH自由基的研究进展

大气氢氧自由基(OH)是对流层大气中最重要的氧化剂,对酸雨、平流层臭氧的损耗等有重要影响。激光诱导荧光技术是目前测定大气OH自由基中使用最多的测量方法。文章总结了20多年来国内外的研究成果,论述了激光诱导荧光技术用于测定大气OH自由基的基本原理和研究进展,讨论了测量中不确定因素及其对策,并着重介绍了目前最常用的基于气体扩张的低压荧光(FAGE)技术。

三维激光诱导荧光(3DLIF)技术及测量水体标量场设备研究

本文介绍了激光诱导荧光(LIF)技术测量水体浓度场、温度场和速度场的基本原理,总结了从一维到三维LIF技术的发展历程,综述了激光诱导荧光(LIF)技术测量水体标量场的关键问题,包括激光器和片光源、荧光物质选择和校正方法,从工程化和产业化的需求出发,提出了基于3DLIF技术的水体三维标量场测量仪器的总体技术方案、技术路线和总体技术指标,并给出了3DLIF的关键技术及其解决方案。