第十二章燃烧诊断技术.ppt

第一节光学方法
激光测量技术、全息干涉测量技术、D的三基色测量技术。
一、激光测量技术
激光的特点
激光测量技术可分为三种方法:激光诱导荧光法(LIF)、自发拉曼散射法(SRS)和相干反斯托克斯光谱法(CARS)。
LIF通过高能量的脉冲激光器激发标志分子的荧光,D相机,通过适当选择标志分子,可以获得流体定量参数的二维图形。根据图形得到有关标志分子浓度的定性测量和随时间变化的扰动,来研究燃烧过程。
在实际测量时,LIF图像所能感受的燃烧参数包括温度、组分浓度、速度、压力和密度。一旦获得这种2D场测量参数,即可计算其它量。
荧光测温技术具有测温范围宽、测量精度高、重复性好等特点。
必须解决材料和耦合问题。
采用LIF技术是获取被激激光照射的粒子的诱发荧光,对实验条件要求较高,实验系统较复杂。
拉曼散射被证明有可能是唯一一种可以同时测量燃烧系统气体种类(N2、O2、CO2、H2O、CO、H2、CH4)和温度的光学诊断技术。
激光拉曼散射诊断技术的一个重要特点是具有很高的空间和时间分辨率。因此,自发拉曼散射技术目前已广泛用于“清洁”火焰的燃烧研究中。
CARS法测量原理为:当两束频率为ωp和ωs的高能激光束(泵浦Pump和斯托克斯Stokes激光束)聚焦在一点,入射到被测介质中时,通过分子中的非线性过程互相作用产生第3束类似于CARS光束的偏振光,其频率为ωR。如果ωR=2ωp-ωs正好是分子的某一共振谱线,且满足非线性光学中的相位匹配条件,那么ωR频率的光会极大地增强。用这一信号就可以对燃烧组分成分进行鉴别。最后,通过对检测光谱与已知其温度的理论光谱的比较,就可以得到燃烧温度。通过与配置的标准浓度的光谱的比较,可得气体组分的浓度。要执行这些反复迭代的最小二乘法计算程序,还需要具备相当的计算能力,这就是CARS法。
二、全息干涉测量技术
全息术的原理是“干涉记录、衍射重现”,其最成功、最广泛的应用之一是在干涉计量方面。
按记录方式不同,可分为双曝光全息干涉法、实时全息干涉法、时间平均全息干涉法(连续曝光法)、双波长全息干涉法、多次曝光全息干涉法、波前错位全息干涉法及多通道全息干涉法等。最为常用的是双曝光法和实时法。
双曝光全息干涉法:将来自激光器的光束分成两路光束,他们分别进行扩束和准直后重新汇聚在全息干板上。其中一束穿过被测物场,为物光束;另一束为参考光束。参考光束与物光束相干,在全息干板上记录下物光全息信息。全息干板经两次曝光,每一次曝光记录一个物光波。第一次曝光时物场是均匀的,即没有待测物场;第二次曝光时物光穿过待测物场。