基于光譜測量的燃燒診斷技術(shù)

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1、!""!年#月裝備指揮技術(shù)學院學報2)>)?/!""!第$%卷第&期’()*+,-(./0123,4156(.78)9:51+/;(55,+4<=130+(-(>6A(-B$%C(D&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@基于光譜測量的燃燒診斷技術(shù)李麥亮趙永學耿輝周進王振國H國防科技大學航天與材料工程學院M長沙&$""J%L莊逢辰H裝備指揮技術(shù)學院試驗工程系M北京$"$&$OL摘要E分別介紹了基于發(fā)射光譜P相干反斯托克斯喇曼光譜H;2QRL和激光誘導熒光光譜HSTUL的燃燒診斷技術(shù)的

2、原理P方法P發(fā)展現(xiàn)狀以及一些具體應(yīng)用結(jié)果M并展望了它們在燃燒科學研究和工程實踐中的應(yīng)用前景V關(guān)鍵詞E發(fā)射光譜N相干反斯托克斯喇曼光譜N激光誘導熒光N燃燒診斷中圖分類號EWOGO文獻標識碼E2文章編號E;C$$F%I#JXY%H!""!L"&F""%!F"G!$世紀新一代航天運載工具以及各種高性能P低污染P大流強P小尺寸燃燒裝置的發(fā)展M對燃]發(fā)射光譜技術(shù)燒科學研究提出了越來越高的要求V燃燒診斷是各種介質(zhì)均能輻射出與其溫度和結(jié)構(gòu)等相對提高燃燒研究水平M推動與燃燒相關(guān)的各種先進應(yīng)的電磁波M在宏觀上M輻射強度還與介質(zhì)的濃度火箭技術(shù)P高超聲速飛行器推進技術(shù)和能源利用有關(guān)V在燃燒場M

3、特別是象火箭發(fā)動機這樣的高技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)技術(shù)M因此長期以來燃燒診溫P高壓的燃燒環(huán)境中M一些自由基或小分子可以斷技術(shù)的研究和應(yīng)用一直受到特別重視V發(fā)達國發(fā)出可見光到紫外光波段的電磁輻射M檢測這些家如美國P德國P法國和日本的一些先進實驗室M輻射M便能得到自由基的濃度M燃燒場的溫度等信特別是與燃燒科學關(guān)系密切的推進P動力研究實息V圖$是發(fā)射光譜用于羽流成分監(jiān)測的光路示驗室M都在積極采用光學測量技術(shù)對燃燒流場進意圖V行測量和研究Z$[GV近幾年我國也在這方面開展了研究ZO[IV在所有可以應(yīng)用于燃燒診斷的光譜技術(shù)中M尤以發(fā)射光譜P相干反斯托克斯喇曼光譜H;2QRL和激光誘導

4、熒光HSTUL等幾種技術(shù)研究較多M與以熱電偶P氣體成份分析儀等為代表的傳統(tǒng)手段相比M光譜技術(shù)靈敏度高M時間和空間分辨率高M不干擾流場M并且對燃燒場惡劣的測量環(huán)境圖$羽流發(fā)射光譜探測系統(tǒng)示意圖適應(yīng)性強M測量信息豐富M甚至可以測量燃燒研究處理光譜并得到所需要的燃燒場定量信息的方法有多種V由于光譜強度是溫度P介質(zhì)濃度以及甚為關(guān)心的各種自由基M這是以前無法做到的V基測量光路P儀器等多種因素影響的結(jié)果M因此一般于進行燃燒科學研究和發(fā)展先進動力裝置的需不能簡單以某波長的光強來對應(yīng)某種測量信息V要M對以上提到的幾種光譜技術(shù)進行了研究V本文利用理論光譜對其進行線型擬合應(yīng)該是比較準確將介紹

5、國內(nèi)及我們在這方面的研究成果M并展望的一種方法M但遺憾的是由于以前對自由基等小其在燃燒科學研究和工程設(shè)計中的應(yīng)用前景V收稿日期E萬方數(shù)據(jù)!""!F"$F$G作者簡介E李麥亮H$IJ$KLM男M博士研究生N莊逢辰H$I%!KLM男M教授M博士生導師M中國科學院院士B第B期李麥亮!等*基于光譜測量的燃燒診斷技術(shù)$$分子的研究非常不充分!它們的某些光譜常數(shù)難由以上結(jié)果可知!發(fā)射光譜在輔助燃燒過程以準確確定!所以使用發(fā)射光譜進行燃燒診斷!目分析和燃燒機理的研究時!可以在工程應(yīng)用中起前可以充分利用的是一些定性的結(jié)果!定量地測到指導作用"而且!這些光譜還與燃燒效率有著極量方法還在研究

6、當中"強的關(guān)聯(lián)!由光譜還可以輔佐一些總體參數(shù)的確發(fā)射光譜測量是一種相對較為傳統(tǒng)的光譜技定"術(shù)!由于測量方法比較簡單!對環(huán)境要求不高!系經(jīng)過更深入地研究可知*發(fā)射光譜在未來可統(tǒng)比較緊湊等優(yōu)點!在工程實踐中最容易被采納"能被用于燃燒成分監(jiān)測)故障監(jiān)控)二維流場結(jié)構(gòu)在火箭發(fā)動機地面實驗系統(tǒng)中!國外已有采用發(fā)成像等"由于其成本低)技術(shù)簡單!可能最先實現(xiàn)射光譜監(jiān)測羽流中異常成分的故障監(jiān)控系統(tǒng)"國與傳統(tǒng)試車臺測試技術(shù)的融合"目前需要解決的防科大在一些發(fā)動機的研究中!也已使用發(fā)射光關(guān)鍵技術(shù)是燃氣成分和溫度信息的實時準確定量譜進行了發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控和燃燒過程分析"圖#提取方法"和圖$就是一

7、些實驗光譜的例子"%&’三維圖%&’三維圖%(’其中一幀光譜圖$某模型火箭發(fā)動機試車嚴重%(’其中一幀光譜圖#某模型火箭發(fā)動機試車嚴重富氧時羽流輻射光譜富燃時的羽流發(fā)射光譜圖#是某新型發(fā)動機模型試車時羽流的發(fā)射+,-./技術(shù)光譜!此發(fā)動機的燃料為煤油)氫氣和氧氣!而此0123%04567689189:;394<6=2&>&83?6@;時煤油流量較大"由光譜可以看出!羽流光譜中占974=@4?A’是一種四波混頻效應(yīng)!最初是作為在一主體的是碳粒子的黑體輻射譜!這是多余煤油分束強激光下的非線性光學過程進行研究!但其發(fā)解并形成大量固體