基于滤波瑞利散射技术的带压燃烧场温度测量实验研究

为实现高压、受限空间条件下燃烧火焰二维温度场的测量，研究了基于碘分子超精细吸收凹陷的滤波瑞利散射技术。设计了一套滤波瑞利散射温度测量装置，主要由种子激光注入Nd:YAG激光器、碘分子滤波池、ICCD相机等组成。利用该测量装置，在高压火焰炉上开展了0.1~0.5MPa条件下的甲烷/空气预混火焰温度测量实验，结果表明:滤波瑞利散射测温技术能有效抑制米散射和背景杂散光的干扰，能在受限空间和带压条件下获得瞬态燃烧火焰温度场的分布，并且温度测量的相对不确定度优于15%；与热电偶温度测量实验的结果进行了对比，两者的偏差小于10%。因此，有望将滤波瑞利散射测温技术应用于发动机燃烧场温度诊断实验。     

基于线结构光的冰横截面轮廓测量

为实现冰横截面轮廓非接触测量,提出了基于线结构光的冰横截面轮廓测量方法:将面激光垂直投射在冰块上,利用摄像机拍摄冰块表面变形激光线,并根据事先标定的激光平面与摄像机间几何关系,计算冰面激光线三维坐标点,这些三维坐标点在激光平面上的投影即为冰块横截面轮廓。设计了基于线结构光的冰轮廓测量简易装置,开发了测量程序,并针对冰面激光线反射能量弱导致的激光线图像对比度低的问题,研究了冰面激光中心线提取方法。对冰箱冻结的已知半径圆柱冰块进行了横截面轮廓测量,平均相对误差为0.018,最大相对误差为0.052;还对二元翼型结冰冰块进行了横截面轮廓测量,得到了初步测量结果;为开展结冰试验中结冰生长过程冰形在线三维测量奠定了技术基础。     

基于光纤光栅的编织复合材料多点热应变监测

为研究三维编织复合材料的热特性，本文利用编入编织复合材料结构的光纤Bragg光栅传感器来测量其内部多点热应变。为消除光栅自身温度受温度的影响，本文提出了用另一个自由状态光纤Bragg光栅对其进行温度补偿的方法。通过实验获得了编织复合材料的热应变与温度关系曲线。实验结果表明，碳纤维／环氧树脂三维编织复合材料结构的编织角较小时，在编织方向上的热膨胀率为负。     

超声速火焰的3DLIF可视化技术研究

为满足超燃冲压发动机燃烧诊断尤其是燃烧空间结构可视化的迫切需求，亟需实现超声速火焰三维测量。三维激光诱导荧光（3DLIF）技术作为一种立体测量技术具有超声速火焰三维测量的潜力。利用该技术的特点与优势，设计了基于扫描振镜的多平面3DLIF成像系统，在超声速同轴射流燃烧试验装置上实现了超声速火焰的多平面3DLIF空间结构可视化。为了实现大尺寸成像，提出了一种扩大扫描范围的片光整形方案，利用该方案获得了空间尺度50 mm×85 mm×20 mm、时间尺度5 ms的超声速火焰平均三维图像，对3DLIF技术用于超燃冲压发动机试验台架燃烧空间结构可视化进行了可行性分析，基于时均三维图像讨论了喷口火焰速度对火焰结构形状的影响。     

片光反射遮挡式超高速亚毫米粒子探测技术

为满足在超高速碰撞靶上开展航天器抗空间碎片防护性能试验,需要准确测量速度3~10km/s,以及更高速度的毫米级或亚毫米级粒子的飞行速度,在可以实现毫米级粒子探测的片光遮挡式粒子探测技术基础上发展了片光反射遮挡式粒子探测技术,通过采用提高粒子直径与激光光束宽度的比值,解决了探测粒子直径小于1mm时探测信号弱不能识别等关键技术,研制了试验装置并开展了验证试验,研究结果表明该技术在0.2~10km/s速度范围内可实现直径为0.1mm量级粒子的有效探测.     

刀口法测量高斯光束腰斑大小实验设计

本文设计了利用刀口测量的高斯光束腰斑大小的测量实验装置,并阐述了具体的测量过程。此方法用于μｍ级激光光斑大小测量是可行的,实验装置简单实用。     

80°三角翼流动显示和涡频测量试验研究

在中国航空工业空气动力研究院FL-5低速风洞进行了80°三角翼流动显示和涡频测量试验研究.介绍了能产生扫描式6片光的旋转镜平行多片光装置;介绍了能产生连续、均匀的示踪粒子且粒子浓度可调的气压式粒子发生器;介绍了测量涡跳动频率的光学方法和用应变天平测量模型抖动频率的方法,并对大迎角和大滚转角时涡跳动频率和模型抖动频率进行了测量,结果表明:a=42°、φ=42°时模型抖动频率(7.2Hz)和涡跳动频率(7.75Hz)接近,模型的抖动可能是由前缘涡的非定常跳动引起的;介绍了流动图像处理的相位平均技术,该技术可用于动态流动显示和测量,并可对动态迟滞效应进行定量分析;介绍了流动显示图像的三维重建技术,该技术可用于显示空间涡的结构并分析其机理.     

干涉瑞利散射测速技术在跨超声速风洞的湍流度测试应用研究

为了测量高速流场的湍流度,研究了基于法布里-珀罗（Fabry-Pérot）干涉仪的干涉瑞利散射测速技术。设计了干涉瑞利散射速度测量装置,主要由大功率窄线宽连续激光器、法布里-珀罗干涉仪和高帧频EMCCD相机组成,激光器提供连续光源照射流场形成气体分子瑞利散射,并通过法布里-珀罗干涉仪和EMCCD,实现了对流场气体分子瑞利散射光谱精细分辨,获得了高时间分辨速度测量结果。经过理论分析,该装置的速度分辨率为1.23m/s;通过与热线风速仪湍流度测量实验的结果进行对比,验证了干涉瑞利散射测速技术具备流场湍流度非接触测量能力;利用干涉瑞利散射测速装置,在0.3m×0.3m跨超声速风洞上,开展了Ma3.0条件下流场湍流度测量实验,获得了超声速流场的平均速度和湍流度测量结果,装置时间采样率达到4kHz。     

岩心微流动的核磁共振可视化研究

岩心微流动可视化是研究化学驱油微观机理的一项重要流体实验新方法,重点介绍采用低场核磁共振成像技术研究天然岩心中流体分布可视化的新进展。提出和分析了国产低场核磁共振成像岩心驱替装置面临的图像不清、材料干扰等问题,通过合理选材、优化参数,从硬件和软件2方面进行了改进与优化,消除了干扰因素。开展了天然岩心的驱替实验,采集了油水的实时 NMR信号与 MRI 成像信号,以及不同驱替阶段油水的 NMR-T2谱,得到分辨率较高的油水分布图像。结果显示残余油随着驱替PV数的增加而减少,具有初期减少明显而后趋缓的特点,并发现岩心中存在端部油残滞现象,其范围距端部4mm左右。研究了通过获得的油水分布图像计算含油饱和度的方法,其结果与传统方法一致,误差在10%以内,这也说明了油水分布图像的可靠性。这不仅为计算饱和度提供了一种新方法,而且该方法的另一个优势是可以分析任意局部位置的油水饱和度。研究结果表明,在研究岩心微流动过程中流体分布的可视化方面,核磁共振成像技术是值得深入研究的新方法。     

片光照明显示方法的初步试验

激光片光照明实验装置,在水洞、烟洞中作了一些试验。拍摄了速度在100毫米/秒,3.1米/秒、9米/秒情况下,模型周围流场不同截面的照片。图象比较清晰直观,具有独特的优点。初步试验虽然是在低速范围内进行的,但片光照明显示方法本身可与蒸汽屏法等相结合,在亚、跨、超声速范围亦能显示涡流等复杂流场。     

缸内湍流运动对复合燃烧燃料活性分布的作用机制

缸内受限条件下燃料与湍流的相互作用是燃料分层控制复合燃烧的关键问题。针对该问题,通过向缸内直喷高活性燃料二甲醚（Dimethyl ether,DME）,形成高活性燃料浓度分层。基于光学可视化发动机实验平台,利用粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）、Rayleigh散射、Mie散射以及高速摄影结合放热分析等手段对复合燃烧这一缸内受限空间下的流动及燃烧过程进行了观测,并通过三维计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真手段对观测到的现象进行解释。结果表明:缸内存在大范围逆时针涡流场,DME的蒸发和扩散过程受到流场的作用;在流场的作用下,缸内燃烧过程呈现DME集聚区域自燃-火焰传播-多点自燃放热特征。     

Lau效应的扩展及其在位移测量中的应用

本文研究在扩展光照明下双光栅的相互作用，将光栅间的相互作用作为光栅对光栅的成像过程，基于非相干成像理论导出了成像条件，分析了成像特性。这种光栅成像可作为是对Ｌａｕ效应的进一步扩展。本文进而研究了这种原理在位移测量中的应用，导出基于这种光栅成像原理的光栅位移传感器的莫尔条纹方程，并对位移传感器进行了实验。结果表明，这种光栅位移传感器具有结构简单，无需采用准直光源照明，并且能在大光栅间隙下工作的特点。     

可视化技术在分析新型蓄冷材料——笼型化合物(Clathrate)溶解过程中的应用(二)

运用折射率匹配 (Refractive IndexMatching)技术 ,使混浊液内部自然对流的可视化图像速度测量成为可能。但由于来自微粒子的散乱光的影响 ,所得到的速度场出现了少量的误对应现象。为了解决这个问题 ,开发了新的可视化实验组合技术———折射率匹配与激光诱导荧光法 (LIF :Laser InducedFluorescence)组合 ,利用不同种类的粒子发光波长不同的特性 ,有效地去除了微粒子的散乱光 ,获得了清晰的示踪粒子的图像。笔者将简要介绍激光诱导荧光法的工作原理及其实验结果。     

煤粉粒径分布在气固两相流场中的测试技术研究

针对输送管道内煤粉颗粒的粒径分布宽的特点，用侧向接收散射光的Mie散射方法和Fraunhofer衍射方法作了理论分析和实际测试。利用分子筛和显微镜对被测粒子进行了静态测量，其结果可以作为相对准确的测量标准。研究结果表明，针对细粉分离器内煤粉颗粒的形状、浓度和粒径的分布规律，用衍射测试方法可以达到较高的测试精度，取得较好的测试效果。     

用脉冲光屏法测量高温等离子体流场中的粒子

粒子场测量技术目前广泛用于气液、气固两相流中，但是在等离子体流场中的粒子测量目前尚未很好解决。本文采用序列脉冲激光屏多次曝光摄影法，克服了流场的严重干扰，在电弧加热器等离子体流场中，对飞行速度达２０００ｍ／ｓ的粒子实验获得成功，得到某一截面内粒子的尺寸、空间分布及数密度等参数。     

基于激光诱导炽光法进行碳烟测量的研究进展

激光诱导炽光法（Laser Induced Incandesence，LⅡ）是一种非接触式的光学诊断方法，可获得激光片光照射薄层内瞬时碳烟的二维分布，具有较高的时间与空间分辨率，已经成为一种重要的碳烟测量技术。本文首先介绍了LⅡ技术的发展历程和基本原理，然后从数值模拟、定性和定量测量3个方面详细综述了LⅡ用于碳烟测量的技术方法以及国内外的研究进展，并对今后的发展提出了建议。实现定量测量的标定方法主要有采样法、LⅡ结合消光法（Light Extinction Method，LEM）和双色法LⅡ（2-Color Laser Induced Incandesence，2C-LⅡ），其中2C-LⅡ因实现相对简单，可以在线实时标定，因此在国内外获得了较大的发展。本文通过总结国内外LⅡ技术在测量碳烟方面的研究成果，希望让国内同行了解该方法的研究现状以及该方法在揭示碳烟生成氧化机理方面的重要作用，为其今后的发展提供一些参考。     

获得等和线的一种简易方法

本文提出在激光全息光弹性方法实验中获得等和线的一种简易方法。文中把一般全息光弹性仪的光路作了改进。把物光光路排列成类似普通光弹性仪的光路。在这个光路中来自分光镜的圆偏振光依次通过扩束镜,准直镜,模型,退偏振漫射器、四分之一波片和线偏振器,最后到达全息干版作为物光。参考光也来自分光镜,在分光镜处它与物光是同旋的圆偏振光。按照这样排列光路,不管模型上是否加有载荷,当用激光全息的单曝光全息图再现时,只能看到模型的像而看不到干涉条纹。如果用两次曝光全息光弹性法所得到的全息图再现,一次曝光是模型上未加载荷,另一次曝光是模型上受有载荷,这时能看到干涉条纹。如果由于受载而模型的厚度发生变化,这时的干涉条纹就是等和线。 文中用琼斯运算作了分析,并且给出径向受压圆环的实验结果。