[發明專利]基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201410657740.2
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104391132A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 楊斌;蔡小舒;楊薈楠;桂欣揚;姜勇俊;黃斌
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01M15/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明屬于流場速度測試領域，具體涉及一種基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法。

背景技術

在航空發動機、火箭發動機等以碳氫化合物為燃料的發動機燃燒流場中，流場速度是分析燃燒狀態、評價發動機性能的重要參數之一。但是由于流場速度和氣流溫度較高，且燃燒、多相流動、傳熱與傳質過程十分復雜，給測量帶來了很多困難。

目前，常用的發動機燃燒流場速度的測量方法為侵入式測量方法和圖像測量法。侵入式測量方法將測試部件置于流場中，不僅易干擾流場，甚至會造成流場的改變，并且結果通常需要進一步修正，精度不高；圖像測量法通常需對流場加入示蹤粒子，而對于發動機燃燒流場來說，在流場中均勻加入示蹤粒子較為困難，同時示蹤粒子圖像易被很強的燃燒火焰信號所湮沒，且示蹤粒子也會影響燃燒。

發明內容

本發明是為解決上述問題而進行的，基于分子吸收光譜，以燃燒流場中燃氣組分濃度變化造成的激光光強變化作為脈動信號，通過上下游兩束激光的脈動信號的互相關分析，獲得互相關渡越時間，并結合兩束激光的間距，計算燃燒流場速度測量，提供了一種非接觸式基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法，實現高溫高速燃燒流場的速度測量，進一步提高現有流場速度測量裝置的簡易度，同時提高測量靈敏度。

本發明采用了如下技術方案：

本發明提供的基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，用于測量發動機燃燒流場中的流場速度，具有這樣的特征，包括：激光設定單元，用于設定激光器的工作波長和強度；激光分束單元，位于發動機燃燒流場一側，包括將激光設定單元輸出的激光分成兩束的激光分束器；測量單元，位于發動機燃燒流場另一側，和激光分束單元相對，包括兩個接收激光分束單元輸出的兩束激光經待測燃燒流場后的透射光激光探測器；以及數據處理單元，對探測單元的信號進行處理，得到燃燒流場速度。

本發明提供的基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，還可讓具有這樣的特征，還包括：數據采集系統，用于記錄保存測量單元的激光光強信號以及數據處理單元的處理結果。

本發明提供的基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，還可讓具有這樣的特征：激光設定單元和激光分束單元通過光纖連接。

本發明提供的基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，還可讓具有這樣的特征：激光分束單元還包括兩個準直器，激光分束器連接，用于將激光分束器分出的兩束光以垂直于流場方向且沿流場軸向平行排列的方式輸出。

進一步的，本發明還提供了一種基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，激光設定單元將激光器工作波長調制到選定的燃氣組分分子吸收譜線，比如H₂O分子的7185.597cm^-1、7168.437cm^-1等；

步驟2，激光分束單元將激光設定單元輸出的激光分成在沿待測燃燒流場軸向平行排列的兩束，并將兩束激光垂直入射待測發動機燃燒流場，透射光由對面的激光探測單元接收；

步驟3，數據處理單元對探測單元的信號進行處理，得到燃燒流場速度。

本發明提供的基于分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方法，還可讓具有這樣的特征：數據處理單元將兩個激光透射信號作為互相關分析的隨機信號x(t)和y(t)，開展兩信號的互相關函數分析：

Rxy(τ)=limT→∞1T∫0Tx(t)x(t+τ)dt]]>