基于光谱测量的燃烧诊断技术

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1、!""!年#月装备指挥技术学院学报2)>)?/!""!第$%卷第&期’()*+,-(./0123,4156(.78)9:51+/;(55,+4<=130+(-(>6A(-B$%C(D&@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@基于光谱测量的燃烧诊断技术李麦亮赵永学耿辉周进王振国H国防科技大学航天与材料工程学院M长沙&$""J%L庄逢辰H装备指挥技术学院试验工程系M北京$"$&$OL摘要E分别介绍了基于发射光谱P相干反斯托克斯喇曼光谱H;2QRL和激光诱导荧光光谱HSTUL的燃烧诊断技术的

2、原理P方法P发展现状以及一些具体应用结果M并展望了它们在燃烧科学研究和工程实践中的应用前景V关键词E发射光谱N相干反斯托克斯喇曼光谱N激光诱导荧光N燃烧诊断中图分类号EWOGO文献标识码E2文章编号E;C$$F%I#JXY%H!""!L"&F""%!F"G!$世纪新一代航天运载工具以及各种高性能P低污染P大流强P小尺寸燃烧装置的发展M对燃]发射光谱技术烧科学研究提出了越来越高的要求V燃烧诊断是各种介质均能辐射出与其温度和结构等相对提高燃烧研究水平M推动与燃烧相关的各种先进应的电磁波M在宏观上M辐射强度还与介质的浓度火箭技术P高超声速飞行器推进技术和能源利用有关V在燃烧场M

3、特别是象火箭发动机这样的高技术发展的重要基础技术M因此长期以来燃烧诊温P高压的燃烧环境中M一些自由基或小分子可以断技术的研究和应用一直受到特别重视V发达国发出可见光到紫外光波段的电磁辐射M检测这些家如美国P德国P法国和日本的一些先进实验室M辐射M便能得到自由基的浓度M燃烧场的温度等信特别是与燃烧科学关系密切的推进P动力研究实息V图$是发射光谱用于羽流成分监测的光路示验室M都在积极采用光学测量技术对燃烧流场进意图V行测量和研究Z$[GV近几年我国也在这方面开展了研究ZO[IV在所有可以应用于燃烧诊断的光谱技术中M尤以发射光谱P相干反斯托克斯喇曼光谱H;2QRL和激光诱导

4、荧光HSTUL等几种技术研究较多M与以热电偶P气体成份分析仪等为代表的传统手段相比M光谱技术灵敏度高M时间和空间分辨率高M不干扰流场M并且对燃烧场恶劣的测量环境图$羽流发射光谱探测系统示意图适应性强M测量信息丰富M甚至可以测量燃烧研究处理光谱并得到所需要的燃烧场定量信息的方法有多种V由于光谱强度是温度P介质浓度以及甚为关心的各种自由基M这是以前无法做到的V基测量光路P仪器等多种因素影响的结果M因此一般于进行燃烧科学研究和发展先进动力装置的需不能简单以某波长的光强来对应某种测量信息V要M对以上提到的几种光谱技术进行了研究V本文利用理论光谱对其进行线型拟合应该是比较准确将介绍

5、国内及我们在这方面的研究成果M并展望的一种方法M但遗憾的是由于以前对自由基等小其在燃烧科学研究和工程设计中的应用前景V收稿日期E万方数据!""!F"$F$G作者简介E李麦亮H$IJ$KLM男M博士研究生N庄逢辰H$I%!KLM男M教授M博士生导师M中国科学院院士B第B期李麦亮!等*基于光谱测量的燃烧诊断技术$$分子的研究非常不充分!它们的某些光谱常数难由以上结果可知!发射光谱在辅助燃烧过程以准确确定!所以使用发射光谱进行燃烧诊断!目分析和燃烧机理的研究时!可以在工程应用中起前可以充分利用的是一些定性的结果!定量地测到指导作用"而且!这些光谱还与燃烧效率有着极量方法还在研究

6、当中"强的关联!由光谱还可以辅佐一些总体参数的确发射光谱测量是一种相对较为传统的光谱技定"术!由于测量方法比较简单!对环境要求不高!系经过更深入地研究可知*发射光谱在未来可统比较紧凑等优点!在工程实践中最容易被采纳"能被用于燃烧成分监测)故障监控)二维流场结构在火箭发动机地面实验系统中!国外已有采用发成像等"由于其成本低)技术简单!可能最先实现射光谱监测羽流中异常成分的故障监控系统"国与传统试车台测试技术的融合"目前需要解决的防科大在一些发动机的研究中!也已使用发射光关键技术是燃气成分和温度信息的实时准确定量谱进行了发动机状态监控和燃烧过程分析"图#提取方法"和图$就是一

7、些实验光谱的例子"%&’三维图%&’三维图%(’其中一帧光谱图$某模型火箭发动机试车严重%(’其中一帧光谱图#某模型火箭发动机试车严重富氧时羽流辐射光谱富燃时的羽流发射光谱图#是某新型发动机模型试车时羽流的发射+,-./技术光谱!此发动机的燃料为煤油)氢气和氧气!而此0123%04567689189:;394<6=2&>&83?6@;时煤油流量较大"由光谱可以看出!羽流光谱中占974=@4?A’是一种四波混频效应!最初是作为在一主体的是碳粒子的黑体辐射谱!这是多余煤油分束强激光下的非线性光学过程进行研究!但其发解并形成大量固体