[發明專利]一種燃油噴嘴液滴空間分布光學測量方法及裝置

無效

• 申請號: 201410016338.6
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103760142A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 劉存喜;劉富強;楊金虎;穆勇;徐綱
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01M13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種燃油噴嘴液滴空間分布光學測量方法及裝置，尤其涉及一種利用RP-3航空煤油中的芳香族化合物在波長為266nm的紫外光激發時發出的熒光信號用于燃油空間分布測量的光學測試及誤差校正技術。

背景技術

發展先進的燃氣輪機燃燒室技術主要依靠良好的霧化、空氣和燃料快速并且均一的摻混，這種方式可以避免對燃燒性能、污染物排放和發動機壽命不利的條件出現。液滴平均粒徑、粒徑分布和燃油空間分布等霧化特性都對燃燒室的性能具有重要的影響。

為提高燃燒效率、降低污染物排放和優化燃燒室出口溫度分布，除保證液滴足夠小使蒸發過程不是燃燒效率的決定因素外，燃燒室中燃料分布要均勻，因此霧錐燃油空間分布是霧化特性的一重要方面。人為的觀察很難發現霧錐的非對稱性，除非霧錐非對稱性特別嚴重。因此，對于噴嘴的設計和霧化質量檢測需要定量的分析燃油空間分布特性。霧錐中燃油的空間分布特性一般通過徑向和周向分布不均勻度表示，其測量方法可以分為兩大類：接觸式的傳統測量方法和非接觸式的光學測量方法。燃油徑向分布不均勻度傳統的檢測方法是在噴嘴下方沿徑向等角度或等距離布置若干量筒，由量筒中的燃油高度得到燃油沿徑向的分布。燃油周向分布不均勻度傳統的檢測方法是將噴嘴處于中心，噴嘴霧錐的下部周向分為若干扇形區域，一般為12或16個（見圖1），把每個扇形區域中的燃油分別收集到容器中，每個容器中燃油量的標準誤差表示燃油周向分布不均勻度。雖然傳統的檢測方法可以給出燃油的空間分布特性，但介入式的傳統方法中收集燃油容器的加工精度，對霧錐及周圍空氣流場的影響，以及燃油噴嘴的安裝精度都對周向與徑向分布均勻性有較大的影響，測量精度不高。傳統的徑向和周向兩次測量經常產生較大的不重復性。另外，傳統的檢測方法只能測量一定時間區間內的平均值，不能測量燃油的瞬態分布。非介入式激光診斷方法的出現，解決了介入式方法對霧錐及流場影響的問題。用于流量顯示、粒徑和燃油分布測量的激光診斷技術包括粒子圖像測速儀(PIV)、平面激光誘導熒光(PLIF)、相位多普勒粒子分析儀（PDPA）和平面激光散射方法（PLS）等。基于Lorenz-Mie散射理論的PLS方法已經在霧錐空間分布特性的測量中得到應用，但PLS方法在粒徑小于50μm的局部區域，散射信號的強度大于實際的燃油質量分布，因此粒徑小于50μm的局部區域，PLS方法測量的燃油質量分布偏大。PLIF方法基于燃油中添加的熒光染料在一定波長的光照射時發出熒光，熒光信號的強度和粒徑的立方成正比。但PLIF方法只能用于液滴濃度比較稀疏的霧錐，在液滴濃度較大霧錐中激光強度在測試區沿光程方向成指數減弱，導致沿光程測試區后部激光強度很弱，因此，沿光程測試區后部熒光信號很弱，引起燃油分布測量誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為克服上述現有技術的缺點和不足，本發明采用燃油激光誘導熒光方法實現燃油噴嘴霧錐中液滴空間分布特性測量，設計了燃油分布光學測量試驗方案和圖像處理方案，并設計了激光能量在霧錐中衰減引起燃油分布測量誤差的校正方案，提高了燃油分布光學測量的速度和精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種燃油噴嘴液滴空間分布光學測量方法，所述燃油噴嘴噴射的燃油在其正下方形成霧錐，所述燃油中含有示蹤組分，其特征在于，所述測量方法包括，

--在所述燃油噴嘴的正下方一定距離處投射一激光片光源，所述片光源垂直于所述霧錐的中心軸，所述霧錐在片光源的空間位置處的橫截面構成一霧錐周向測試平面，或，所述片光源平行于所述霧錐的中心軸，所述霧錐在片光源的空間位置處的截面構成一霧錐軸向測試平面；

--當所述片光源垂直于所述霧錐的中心軸布置時，在所述霧錐周向測試平面的側下方或側上方布置一圖像采集裝置，并與所述霧錐周向測試平面成一定角度，所述圖像采集裝置采集所述霧錐周向測試平面中的燃油分布圖像；當所述片光源平行于所述霧錐的中心軸布置時，垂直于所述軸向測試平面布置一圖像采集裝置，采集所述霧錐軸向測試截面的真實燃油分布圖像；

--所述圖像采集裝置的鏡頭前布置一濾光片，所述濾光片用以分離散射信號和熒光信號，使所述圖像采集裝置只采集熒光信號；