燃烧与流场在线测量诊断方法研究进展

介绍了上海理工大学颗粒与两相流测量研究所近年来在燃烧和流场在线测量诊断技术方面的研究进展,包括：改进基于光纤光谱仪的火焰辐射温度测量技术,提高火焰温度的测量精度与范围并反演出火焰辐射率及液体燃料组分;辐射与吸收光谱相结合测量脉冲燃烧火焰温度和水蒸气浓度;基于激光诱导荧光法测量喷雾液滴温度;强烟尘水滴干扰条件下基于差分吸收光谱法（DOAS）测量排放污染气体（SO2和 NOx ）浓度;基于饱和蒸汽原理的光谱法研制汞连续排放监测标准系统;光谱法与图像法结合测量高温物体温度场;基于单帧单曝光图像法测量多相流速度场与粒度分布;基于可调谐半导体激光吸收光谱法（TDLAS）同步测量液态纯水水膜蒸发过程中液态参数（水膜厚度及温度）与气态参数（水膜上方水蒸气的温度）等。     

宽带USED CARS技术用于超音速燃烧温度测量

对CARS的原理和测试技术作了简单介绍。用宽带USEDCARS技术对自建的一台马赫数为2．4的超音速燃烧试验装置的氢／空气燃烧火焰的温度分布作了初步测量,并对测试结果进行了分析。     

超声速发动机温度测量技术发展现状

火焰温度及温度场分布的测量是航空航天超声速发动机测量技术的重要环节。由于超声速发动机内部温度过高、工况复杂恶劣,应用于亚声速发动机的接触测量技术已难以达到测量要求。针对超声速发动机温度测量传感器的设计方式、试验、温度、测量误差等核心问题,本文综述了现阶段超声速发动机接触式温度测量的方法,重点介绍了辐射与红外测量、可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）、相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）及温度敏感涂料（TSP）等非接触温度测量技术在超声速发动机应用的研究进展和发展趋势,对后续的超声速发动机温度测量技术研究工作具有一定的借鉴作用。     

超燃冲压发动机燃烧室出口温度场分布CARS测量

针对超燃冲压发动机研究中对燃烧室出口温度场的测量需求以及暂冲式超燃冲压发动机燃烧台架试验中的应用难点,开发了适用于瞬态燃烧场温度测量的单脉冲相干反斯托克斯拉曼反射（CARS）系统及CARS光谱计算和温度反演软件CARSCF。采用USED相位匹配方式来降低湍流影响,结合多尺度小波分析方法来实现CARS光谱降噪处理,提高信噪比。在暂冲式脉冲燃烧风洞上开展了来流马赫数2.6条件下超燃冲压发动机燃烧室出口温度测量试验,获取了超声速来流（冷态）建立、H₂点火加热空气、建立超声速燃烧流场直至试验结束过程中的燃烧室出口温度,以及煤油/空气燃烧时燃烧室出口温度场分布。结果显示,超声速冷流时温度处于低温（约205K）状态,随着H₂点火加热来流空气,来流温度上升至853K;随着煤油/Air点火,温度急剧上升,稳定燃烧状态下燃烧流场温度为1970K±144K。燃烧室出口截面温度场分布测量结果显示,高温区位于燃烧室出口截面上侧区域,而燃烧室出口截面上中间区域的温度低于上下两侧。燃烧室出口温度分布CARS测量结果与火焰自发光成像结果一致,表明单脉冲CARS技术用于瞬态燃烧流场温度测量的可行性。     

SiC/SiC复合材料氧化退化研究进展

针对高速推进系统温度测量传感器的设计方法、测量误差等核心问题,综述了现阶段高速推进系统接触式和非接触式温度测量的方法。其中,重点综述了辐射与红外测量、可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)及温度敏感涂料(TSP)等非接触温度测量技术在高速推进系统应用的研究进展和发展趋势,并分析了上述温度测量技术存在的问题。     

煤油燃气温度的测量方法研究

在全面分析煤油燃气辐射特性的基础上，结合煤油燃气的具体特点，提出了适合于测量煤油燃气温度的辐射测量方法[4]，并且建立了辐射测温系统，通过对煤油燃气温度的实际测量，验证了辐射测温法测量燃气温度的可行性。     

激光瑞利散射法在火焰温度测量中的应用

近年来为了进行燃烧诊断，发展了一些成功的激光测试技术，由于瑞利散射法（ＬＲＳ）具有许多很有价值的特点，因此在紊流燃烧研究中愈来愈引起人们的注意。通过证实瑞利散射可以用来测量火焰温度。本文阐述了瑞利散射原理、应用中问题和火焰温度的实际测量。     

激光与空气作用过程中辐射能量损失的研究

激光与空气相互过程中,与辐射相关的各种过程起着特别重要的作用。研究了高温气体辐射对气体流体力学过程的影响。辐射能量密度和压力对气体状态和运动的影响完全可以忽略不计,而流场的辐射能量损失不能忽略。利用光线追踪法,运用辐射输运方程,根据光线在网格中的传播路径,计算空气吸收的激光能量;根据网格厚度,确定辐射能量损失。数值求解含能量源项的流体控制方程,对激光击穿空气的等离子流场演化过程进行了模拟,得到了辐射能量损失随入射激光能量的变化规律。     

锥形预混火焰羽流脱落过程的实验诊断

为了研究锥形预混火焰的羽流脱落特性，以丙烷-空气预混火焰为实验对象，通过粒子图像测速技术对锥形预混火焰的羽流速度场进行了实验研究，动态模态分解法对得到的速度场进行了模态分解和主要特征重构还原。同时采用光电倍增器对火焰热释放强度信号进行实时采集,采用双热电偶法对然后热气体的温度进行了重建。结果表明在浮力诱导下燃尽气体与周围环境空气相互剪切形成剪切层（BSL）， BSL 的 KH 不稳定性诱导产生了涡，涡作用于燃尽区附近的流场，扰动传至火焰面附近区域，与火焰剪切层（FSL）的 DL 不稳定性耦合，表现为火焰面的脉动和火焰热释放率的脉动。通过近红外自发光成像得到的热气体自发光强度与温度信号有较强的相关性，热气体呈现出与速度场相似的周期性传播模式，为研究预混火焰的羽流脱落特性提供了新的思路。     

基于CARS的高温燃气温度测量技术

介绍了CARS温度测量的基本原理、国外在该技术方面的研究进展以及国内各机构在CARS方面的研究情况,分析了各技术分支的优缺点,希望能够在国防科技领域的高温燃气温度测量中较好地发展与应用这项技术,以解决高温测量的难题。     

红外测温中环境辐射影响的分析

对物体进行辐射测温时,若被测物体温度接近环境温度,则环境因素对测量结果影响较大.为了提高测量精度,依据普朗克定律通过数值计算得出红外测温中环境温度影响比率在不同物体温度、环境温度和辐射波长的值以及它们之间的关系,并在此基础上分析了若使环境辐射的影响可忽略则被测物体所满足的最低温度.最后讨论了环境辐射对比色测温的影响.     

带空气雾化喷嘴的燃烧室压力对烟粒浓度及火焰辐射的影响

在一个小型高压燃烧试验台上研究了燃烧室采用空气雾化喷嘴后,燃烧室压力对燃烧室内烟粒浓度和火焰辐射的影响。实验的主要参数 :来流空气压力为 1～ 2 MPa,温度为室温;燃烧室总余气系数为 8.0,工作压力为 0.3～ 0.88MPa。实验结果表明 :主燃区烟粒浓度和火焰辐射随压力增加呈急剧增加的趋势,但其增加的速率是随空气雾化喷嘴的吹气压力的增加而下降;在不同压力下,火焰总辐射沿火焰筒轴向长度呈明显减少的趋势,但在较高压力情况下 (如 pc≥ 0.5 MPa )主要由大量烟粒被氧化消失引起的,而在较低压力情况下(如 pc≤ 0.3 MPa )则主要是由气体辐射的减少造成的。     

铝合金高速铣削温度的动态测量

用红外辐射测温技术对铝合金铣削温度进行了间接、近似、直观的测量,获得了高速铣削研究所必需的温度数据,并测出铣床主轴转速为7500r/min左右时切削温度达到最高临界值.     

含硼富燃料推进剂燃烧机理研究

分析了AP包覆硼对含硼富燃料推进剂低压燃烧的影响。通过微热电偶测温和火焰单幅照相技术分别测试含硼富燃料推进剂燃烧波温度分布及燃烧火焰结构；根据气相温度变化的趋势，把该推进剂的气相区燃烧又分为三个子区，并给出了三个子区的厚度，分析了各区温度变化趋势不同的原因。用扫描电镜对熄火表面形貌进行观察，并通过能谱仪进行局部元素分析；该推进剂中断燃烧熄火纵向剖面的实验表明，该推进剂的燃烧表面存在“沉积层”；分析认为该“沉积层”由硼、积炭和少量的三氧化二硼组成，且基本惰性。燃面上“沉积层”的厚度与温度分布曲线中燃面上气相区的厚度基本一致，认为该推进剂的气相反应在燃面上的惰性“沉积层”中进行。     

一种光纤快速测温系统研究

介绍了一种比色光纤快速测温系统。该系统适合于一些特殊环境下的测温要求，解决了传统测温方法无法测量的问题。它可以用于脉冲爆震发动机温度测量，也可以用于铸造，铸造，高频加热以及陶瓷烧结等测量。     

超声波测温技术在高温气流温场测量中的应用

对瞬态变化的高温气流温场温度的准确测量一直是工程测量中的难点,超声波测温技术作为一种新型的非接触式测温方法,其测温原理简单,响应速度快,便于工程安装,可用于多种特殊工况下温度的测量。但由于超声信号在传播过程中的衰减及温场外界条件的干扰问题,使得超声波测温技术还未有广泛应用,目前仍处于研究试验阶段。本文介绍了超声波测温技术的发展历史及测温原理,对超声波测温技术目前存在的问题进行了分析,对超声波测温技术的发展进行了展望。     

CCD多光谱辐射测温技术的应用与发展

随着CCD成像技术日益成熟,CCD逐渐开始应用到高温温度场测量当中,并结合多光谱辐射测温技术,弥补了传统测量方法在测量高温温度场时的缺陷。本文概述了CCD的成像原理和多光谱辐射测温原理以及CCD多光谱测温技术在测量高温温度场的优点。通过分析相关资料,概述了彩色CCD和近红外CCD多光谱测温研究进展,对目前CCD多光谱测温技术研究发展进行了归纳。     

稀薄流中的光学诊断法

综述了ONERA(法国宇航院)在高超声速流中采用激光或电子束等光学技术实现非接触式精确测量上已取得的进展.点、视线和成像测量均属可能.点的测量采用X射线辐射和相干反-Stokes Raman散射(CARS)探测的电子束荧光(EBF)实现.不要求空间分辨率时,二极管激光吸收分光术给出沿一条线集成的结果.采用高能脉冲电子枪的EBF成像术也很有成效.在多种高超声速高焓设备中,旋转和振动的氮和氧化氮总量以及在激波和边界层中分辨旋转态的速度也都已做了测量.     

正癸烷/甲苯/甲基环己烷火焰传播速度实验研究

由于实验系统中燃料与氧化剂预混气制备和工况维持稳定存在较大的难度,目前国内外针对大分子液态碳氢燃料火焰传播速度的实验测量结果的报道依旧不多。为此建立了一个针对液体燃料的对冲火焰实验台,并在该实验台上测量了正癸烷、甲苯、甲基环己烷等三种煤油代表性替代燃料与空气预混气的火焰传播速度。测量结果表明,在一个大气压下,初始温度为388K的甲苯/空气预混火焰、初始温度378K的正癸烷/空气和甲基环己烷/空气预混火焰的最大火焰传播速度分别为52.4cm/s,64.2cm/s,58.3cm/s。     

脉冲爆震发动机中温度和组分浓度测量技术的发展

脉冲爆震发动机内部工作条件极其恶劣,测量爆震波温度和某组分浓度十分困难。本文回顾了近几年国内外在爆震温度场测量方面的技术发展,特别是应用激光诊断技术测量爆震波的温度和某些组分浓度。总结了国内外应用光学诊断技术测得的爆震波火焰温度,结果发现:对气体燃料/氧气而言,在化学恰当比下一般其爆震波温度大约为3900K,与CJ理论值非常接近;然而对液态燃料JP-10而言,当氧化剂为氧气时,爆震波温度为2500K;当氧化剂为空气时,爆震波温度仅仅约为1500K。