[發明專利]一種煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811068924.X
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109470662B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 李國華;張振榮;葉景峰;胡志云;王晟;方波浪
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發明涉及一種煤油燃燒場OH?PLIF測量中消除煤油干擾的裝置及方法。本發明基于煤油具有寬帶吸收、寬帶發射及長熒光壽命等區別于羥基的特點，采用不同激勵線、不同測量波段及不同測量延遲的方式在光路基本不變的情況下測量獲得單獨煤油熒光分布，在受干擾的OH測量結果中扣除煤油干擾獲得準確的OH分布結果。通過本發明極大提高了煤油燃燒場中OH熒光強度分布的探測準確性。

技術領域

本發明涉及燃燒流場參數測量領域，特別涉及一種煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置及方法。

背景技術

基于OH-PLIF技術(其中，OH為羥基，PLIF為激光誘導熒光)，可實現對OH濃度及流場溫度的二維測量，可以得到火焰結構、燃燒效率、反應機理等諸多方面的信息。

在實際發動機使用中，航空煤油是一種廣泛使用的燃料，其寬帶的吸收譜完全覆蓋OH在280-320nm波段的吸收譜帶，如附圖1所示；煤油在此波段的發射譜完全覆蓋OH熒光發射譜帶，如附圖2所示；并且煤油蒸汽具有更長的熒光壽命，如附圖3所示。另外煤油相比較于OH具有更高的熒光發射效率，因而在煤油燃燒場中，殘余煤油的熒光信號對OH-PLIF測量會造成很大干擾，為獲得較為準確的OH熒光信號，需要消除其中煤油熒光信號的干擾是目前在煤油燃燒場中進行測量OH急需解決的問題。

發明內容

本發明目的在于提供了一種煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置及方法，可以獲得煤油干擾分布區域并消除OH熒光信號中的煤油干擾，大大提升了OH測量的準確度。

本發明設計原理：

基于煤油具有寬帶吸收、寬帶發射及長熒光壽命等區別于OH的特點，本發明采用不同激勵線、不同測量波段及不同測量延遲的方式額外測量獲得煤油熒光強度分布，并通過標定OH、煤油混合熒光信號中煤油熒光與單純煤油熒光信號的強度比例系數，在受干擾的OH測量結果中比例扣除煤油干擾獲得較為準確的OH分布結果。原理步驟如下：

1、分別獲得OH、煤油混合熒光強度分布以及單獨煤油熒光強度分布；

2、計算單獨煤油熒光強度矯正系數；

3、在OH、煤油混合熒光中對應強度矯正系數扣除煤油熒光干擾，獲得準確的OH熒光分布。

基于上述原理的介紹，現對本發明的具體技術方案進行簡述：

1、OH、煤油混合熒光及單獨煤油熒光近同時測量過程：

為了減少煤油燃燒場隨時間的變化對煤油熒光校正過程的影響，OH、煤油混合熒光測量與單純煤油熒光測量時間間隔需盡可能小，通常需優于1000ns，兩者同時測量為最優。此過程中采用280nm附近的激勵光，在300-320nm進行熒光探測；煤油的近同時測量(探測時間間隔約1000ns)則按照與OH熒光測量在激勵線、探測波長、熒光壽命方面的差異采取三種方式：

方式一：利用煤油較OH的寬帶吸收特性，在選定的OH激勵波長附近調整激勵線單獨激勵煤油獲得煤油熒光信號。此方式中需要的測量系統具體是：包括激勵激光器、頻域濾光單元、成像探測單元、輔助光路單元以及計算機；

激勵激光器為兩個，分別為激勵激光器L1和激勵激光器L2，激勵激光器的激光脈寬均為10ns，波長范圍處于280-295nm，激勵光線寬為0.1cm^-1，激勵激光器L1、激勵激光器L2出光時間間隔可在10-1000ns可調，具體實驗時間間隔設置與待測對象典型時間尺度匹配，確保在此時間間隔內，流場無明顯變化；

其中，激勵激光器L1處于OH(1-0)譜帶共振激勵線，在空氣內波長為285.004nm，共振激勵出OH、煤油混合熒光；激勵激光器L2遠離OH共振激勵線，僅激勵產生單獨煤油熒光；

頻域濾光單元采用一個305-320nm帶通濾光片，用于通過受煤油熒光干擾的OH熒光；