一种流场和火焰结构同步探测方法

摘要

本发明公开一种用于碳氢燃料超声速燃烧过程的流场和火焰结构同步探测的方法。该方法采用脉冲纹影探测超声速燃烧场的流场结构，采用CH-PLIF探测超声速燃烧场的火焰结构。将脉冲纹影和CH-PLIF的探测焦平面分别聚焦到超声速燃烧室内部相同探测区域，通过脉冲同步发生器对脉冲纹影和CH-PLIF进行同步控制，实现碳氢燃料超声速燃烧过程的流场和火焰结构同步探测。将扣除燃烧室背景噪声的火焰结构CH-PLIF图像与流场结构的纹影图像相叠加，得到碳氢燃料超声速燃烧过程中同一瞬态的流场和火焰结构的同步叠加图像。该方法所解决的问题是：为研究碳氢燃料超声速燃烧过程中流动与化学反应相互作用机理，提供了同步获取燃烧场同一瞬态流场和火焰结构信息的实验探测方法。

主权项

一种用于超声速燃烧室碳氢燃料燃烧过程的流场和火焰结构同步探测方法，该同步探测方法包括脉冲纹影探测和CH自由基的平面激光诱导荧光(CH‑PLIF)探测两部分，所述脉冲纹影探测超声速燃烧场的流场结构，所述CH‑PLIF探测超声速燃烧场的火焰结构，二者进行同步控制，上述同步探测方法具体包括以下步骤：(1)将CH自由基荧光的激发光通过柱面镜系统整形为片光，通过石英观察窗引入超声速燃烧室的探测区域，片光垂直于纹影的平行光光路；(2)通过调整脉冲纹影光路中高速相机前的透镜和CH‑PLIF光路中像增强型CCD相机(ICCD)前的镜头，将脉冲纹影和CH‑PLIF的探测焦平面分别聚焦到燃烧室内片光上的相同探测区域；(3)测量同步测量系统的电子延时和光学延时，根据测量结果设置同步脉冲发生器，使纹影脉冲光源的脉冲与CH自由基荧光的片状激发光到达所述探测区域的时间间隔不超过500ns,，所述纹影光源的脉冲与所述片状激发光频率相同；(4)将所述ICCD设置为双图像模式，第一次快门开启时拍摄燃烧室内燃烧背景图像，第二次快门开启时拍摄燃烧室内火焰结构图像，两次快门宽度相同，由于CH自由基荧光信号较弱，快门宽度应大于10ns并小于40ns，两次快门时间间隔小于500ns；(5)设置所述ICCD的快门延时和脉冲同步发生器，使第二次快门开启与所述片状激发光同步，所述高速相机的快门与脉冲纹影光源的脉冲同步；(6)将所述ICCD第二次快门开启时拍摄的火焰结构图像与第一次快门开启时拍摄的燃烧背景图像作差，扣除背景噪声的影响；(7)将扣除背景噪声的所述火焰结构图像与所述脉冲纹影拍摄的所述流场结构图像叠加，最终得到同步测量结果。