压强场非接触测量新建议

掺有碘分子的流动流体,在激光的作用下会产生感应的荧光发射,激光感应的碘分子荧光包含有压强的信息,采用成像法,得到的是压强场在一个平面上的分布,因而这一测量是多点测量。作者测量了压强对激光感应的碘分子荧光的影响,去除喇曼散射引起的散射峰,提出了直接利用激光感应的荧光测量流动流体的压强场的非接触测量新方法,还探讨了这一方法的理论和实验方案。     

长波通滤波器的研究

用激光照射掺有碘分子的流场，感应的碘分子荧光包含着流动参数如速度、压强、温度和密度的信息，可用其来对这些参数进行测量。但荧光信号通常很弱，在没有合适滤波器的情况下，测量的信噪比是差的。为了去掉作为噪音的散射的激光和背景光，设计和制造了长波通滤波器，它们具有高质量性能，相应的测量有好的信噪比。     

基于高斯分解的乙醚-水溶液荧光光谱分析

实验检测了波长为245nm的紫外光激发乙醚-水溶液的荧光光谱。在二阶导数分析的基础上,对乙醚-水溶液的荧光光谱作高斯分解,获得了7条高斯谱线并测定了各自的的中心波长、谱峰强度和半峰宽度。利用高斯基元参数进行了多峰高斯拟合,计算了各高斯谱线对应的基态中最高和最低振动能级差。研究发现,溶液中乙醚分子与水分子以不同的方式结合可以形成7种能发射荧光的缔合分子,其对应的最佳吸收波长不同,引起高斯谱线的半峰宽度各异,中心波长位于304nm的高斯谱线对应的能级差最大。研究结果为乙醚-水溶液中分子缔合结构的进一步研究提供了参考。     

激光照射离体血液的衰变规律

采用FLS900型稳态荧光光谱仪对激光持续照射的离体血液进行了荧光检测,得到了血液成分变化及荧光光谱特征随时间衰变的规律。实验结果表明：随着血液离体时间的延长,当受407nm的光激励时,605nm处的荧光峰峰位保持不变仅强度缓慢减弱。但在离体后的14h出现了谱形突变,并在474nm处产生了一个强荧光峰。分析认为,激光对离体血液的衰变有明显的延缓作用,但当激光持续照射一定时间后却导致了细胞的形态改变进而加速了细胞的溶血进程,产生了大量的内源性荧光物质还原烟碱腺嘌呤二核苷酸。研究结果为研究血细胞的活性衰变及细胞功能结构异常等提供了参考。     

电弧加热射流O2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.     

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。     

高速流场测量新技术评述

介绍了国外近年来正在积极探索的几种高速流场测量新技术。它们的共同特点是非接触的和定量的，测量是空间和时间可分辨的。这些技术直接对分子速度进行测量，避免了由于粒子投放引起的滞后和紧靠壁面的附面层中的粒子的投放困难。其中有些测量技术是多点测量的，高速流动测量期望测量有这一性能。有些测量能用来对几个参数同时进行测量，例如激光感应荧光技术和喇量测量技术，流动的重要参数速度，压强，温度和密度可用这些技术进行     

红外分子标记测速法

分子标记测速法（MTV）和粒子成像测速法（PIV）常被用于流动显示和流场成像测量,但在示踪粒子跟随性差、示踪粒子分布不均匀时,示踪粒子的引入会给PIV带来速度测量系统误差,而不需引入示踪粒子的MTV因荧光寿命长度限制,主要应用在高速和超声速流动测量中。为了发展无需示踪粒子、可适用于低速气流场的二维流速成像方法,本文介绍了一种基于激光诱导红外荧光的新型分子标记测速法,并在二氧化碳气体轴对称湍流射流中进行了速度测量与验证。在红外分子标记测速法中,通过红外脉冲激光选择性激发气体小分子的共振振动能级跃迁实现分子的标记,随后通过红外相机对不同时刻下跟随流场流动的激发态分子记录其发射荧光分布,进而处理得到流动速度场信息。通过考虑分子振动能量传递过程模型、有限荧光寿命、横向速度分量和分子扩散运动对荧光分布的影响,实现从荧光分布图像定量获取速度场分布。将该方法应用于5～51 m/s速度的二氧化碳湍流射流中,得到了射流轴向速度的径向分布,速度测量的相对不确定度优于8%,径向空间分辨率达到107μm,且该速度分布与湍流射流理论结果及前人实验测量结果符合较好。利用该方法分辨了射流在不同轴向位置的径向速度分布...     

航空发动机地面试验激光燃烧诊断技术研究进展

为了研究湍流燃烧基础问题和改进实际燃烧装置性能,基于激光的燃烧诊断技术已发展成为当前发动机湍流燃烧实验研究的主要测量工具。在已发展的激光燃烧诊断技术中,每种技术都有其局限性和适用范围,需要根据发动机模型燃烧室内部流场测量的要求和特点,选择合适的激光诊断技术。在温度测量中,相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）技术主要用于单点温度测量,单脉冲CARS谱测温不确定度优于5%;高时空分辨温度场的测量需要采用双色平面激光诱导荧光（PLIF）测温方法,但其测温精度通常也会相应降低。在速度测量中,粒子成像测速（PIV）技术适用于低速流场速度的精细测量,羟基分子标记测速（HTV）技术适用于高温超声速甚至高超声速流场的速度测量,HTV测速不确定度可优于4%。在组分浓度测量中,主要采用自发拉曼散射（Spontaneous Raman Scattering,SRS）和PLIF技术进行主要组分和中间反应物的浓度分布测量。本文对航空发动机湍流燃烧温度、速度、组分浓度等参量的高时空分辨测量所涉及的激光燃烧诊断技术的基本原理、研究现状和发展趋势进行综述。     

基于飞秒激光电子激发标记测速技术的剪切流场速度测量

流场速度测量精度会影响飞行器气动性能的预测精度,常用的基于激光技术的非接触式速度测量方法已不能完全满足流场速度高精度测量需求,飞秒激光电子激发标记（Femtosecond Laser Electronic Excitation Tagging,FLEET）测速技术有望解决这一问题。利用钛蓝宝石飞秒激光器搭建了FLEET测速系统,分析了流场中的N₂分子在飞秒激光激发下的电子荧光光谱;基于FLEET测速系统,在射流剪切装置上开展了剪切流场速度测量实验,通过调节高速通道的流量/压力获得了不同速度分布的流场,开展了不同流场速度（30～170 m/s）下的FLEET测速实验;研究了延迟时间对流场速度测量的影响。结果表明:随着延迟时间增加,荧光图像会由于等离子体的扩散而发生弥散;FLEET荧光信号衰减会使信噪比有所降低,但不同延迟时间下得到的流场速度分布形态基本一致;FLEET技术在有效荧光寿命范围内具有足够的准确性应用于剪切流场速度测量。     

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。     

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。     

水面波作用下平面射流振翅运动的频率锁定现象

通过激光流动显示 (LIF)和测量方法 ,就表面水波对垂直平面射流的振翅运动的影响进行了实验和理论研究。研究表明 ,在表面波的影响下 ,振翅运动依然存在。同时 ,波高计和多谱勒激光测速仪的测量结果显示 ,当表面波的频率接近但低于射流振翅运动的自然频率时 ,射流振翅运动的实际振动频率将被锁定在表面波的频率上。而当表面波的频率大于射流振翅摆动的自然频率时 ,频率锁定现象将不存在。     

电热破膜激波管及其PLIF测量系统的研制

探讨了用Nd:YAG脉冲激光器作为泵浦光源对激波管内瞬态非定常流场进行平面激光诱导荧光(Planar laser induced fluorescence,PLIF)测量的时序同步问题.由于该激光器需要预热以获得稳定的倍频输出,作者研制了低压大电流的电热破膜装置,实现对激波产生时机的控制.在大尺寸矩形截面的激波管上搭建了PLIF测量平台,并在此平台上进行了丙酮示踪流场显示和氢氧基分布测量.     

砂轮形貌的激光功率谱特性及其检测

阐述了砂轮形貌的理论功率谱图象、实际功率谱图象及其功率谱特性，获得了砂轮形貌的特征参数与激光功率图象的对应关系。根据上述的理论分析，设计了激光功率谱法检测砂轮形貌的采样原理及检测装置。采用时，将砂轮一圈划分为２５６个等分点，每一点均进行功率谱型的采样；为检测方便，在对称的功率谱图象一侧采集８个点的光强，共获得由８个数据组成的２５６个离散功率谱型。通过对离散功率谱型的计算自理最后由检测装置打印出砂轮