羟基分子标记示踪速度测量中的强振动干扰抑制

针对在发动机实验环境中羟基分子标记示踪速度测量技术受到的强振动干扰问题,通过实验研究分析了标记激光与不同流场作用时产生的辐射光谱特性,设计了在实验中同时拍摄标记基准图像和移动图像的振动干扰抑制方法。对于一般流场,在实验中实时拍摄标记激光瑞利散射作为标记基准图像,而对于含有煤油大分子碳氢燃料的流场甚至是CH_4燃烧场,用标记激光诱导燃料在OH荧光辐射波段的辐射光作为标记基准图像。在超燃发动机的速度测量应用尝试表明,两种方案均可以达到抑制振动的目的。在相对干净的流场区域,前者得到的标记激光图像会受到壁面散射等干扰,基准位置提取不确定度约为0.06mm。在流场中未燃燃料含量比较丰富的区域,后者能够得到清晰的标记基准图像,基准位置提取不确定度可以降至0.03mm,与采用平均方法得到的基准位置提取不确定度相当。

交叉标记显示的羟基标记速度矢量测量

针对流场二维速度矢量分布测量的需求,提出了利用交叉标记显示的光路设置实现羟基分子标记示踪速度矢量的方法。该技术中通过将标记激光束和显示激光片交叉布置,在激光片平面内形成交叉标记点用于流场示踪。与传统的交叉网格实现速度矢量测量的方式相比,该方法简化了实验光路,有利于在恶劣环境中的应用,并且得到的标记为近似圆点,标记位置的识别更加方便。通过对交叉标记显示产生的标记点图像的位置进行模拟识别运算,获得了影响标记点位置识别精度的因素和规律。利用单标记点实验设置,获得了射流火焰流场速度矢量及其浮动值,结果显示在存在火焰OH背景干扰的情况下,速度测量不确定度小于2.2m/s;利用柱面透镜阵列,实现了3×20个标记点的速度矢量分布测量。研究结果表明了交叉标记显示方法进行分子标记速度测量的可行性。

基于燃烧流场HTV技术的背景去除方法

利用基于信号特征的补偿修正窗口滤波背景去除算法提高了HTV测速精度。根据西北工业大学直联式超音速燃烧平台氢/空气燃烧流场实验得到的实验数据,分析羟基标记荧光图像信号特征,对比常用的背景去除的图像处理方法,研究了一种补偿修正的特征窗口滤波算法,提高了剧烈燃烧区OH强背景干扰下的信号识别能力,解决了燃烧流场OH荧光信号提取精度不够的难题,获得了流速度分布的有效数据,拟合误差降到0.05像素。