摘要：燃烧流场浓度、温度空间分布的精细测量对发动机燃烧室设计、计算流体动力学模型建立以及数值仿真软件的验证具有重要意义,其中平面激光诱导荧光(PLIF)技术具有对象选择性、高测量灵敏度、测量信息量丰富、实验开展简单等优势,尤其是OH-PLIF浓度及温度测量技术以其理论成熟性及技术方便性得到更为广泛的应用。但该技术在煤油燃烧场的应用受到较大限制,原因在于煤油燃烧场残余煤油对OH荧光信号造成较大干扰。针对OH荧光分布测量时煤油干扰问题,开展了OH及煤油吸收谱及荧光发射谱理论及实验对比分析。其中煤油蒸汽吸收谱由氘卤灯通过煤油蒸汽前后的光强强度比获得,相比于OH在260~320 nm波段的孤立吸收线,煤油吸收为宽带吸收,煤油吸收线完全覆盖OH激励线,在煤油燃烧场在此波段对OH激励测量时,激励煤油产生荧光不可避免。另一方面,通过调节激励波长,测量获得OH/煤油混合荧光与煤油荧光发射谱。煤油蒸汽荧光发射谱为中心分别位于290及340 nm的宽带信号,OH荧光主要集中于波长300~320 nm,煤油荧光发射谱范围覆盖OH荧光,结合吸收谱测量结果,说明在煤油燃烧场燃烧不充分时,在280 nm波段激励测量OH无法通过频域滤波的方式测量获得纯OH荧光信号。通过对煤油信号的测量并扣除实现OH荧光信号的准确测量,主要从选择性探测方面入手,在OH荧光测量系统基础上增加一台探测相机,采用两台ICCD相机,分别结合(315±15)和(360±6)nm的带通滤光片进行OH/煤油混合荧光和煤油荧光的选择性探测,通过对应点扣除的方式,在煤油本生灯及发动机模型煤油燃烧混合荧光信号中去除煤油荧光获得了受干扰较小的OH分布结果,证实了干扰消除方法的可行性,为后续煤油燃烧场浓度及温度分布测量奠定了基础。

摘要：1.8—2.0μm波段包含大量水的吸收谱线,且吸收强度高于传统的1.3—1.5μm波段,在水的吸收光谱测量中具有很大的应用潜力.超光谱吸收测量技术可以利用宽带范围内的大量吸收谱线来实现物理参数的反演,与传统的单/双谱线的可调谐二极管吸收光谱技术相比具有更好的稳定性、准确性和更宽的使用范围.宽带调谐的窄线宽激光光源是实现超光谱吸收测量的关键器件.利用可调谐法布里-珀罗(FP)腔和光纤可饱和吸收体,搭建了宽带调谐的窄线宽2μm光纤激光器.利用掺铥光纤的再吸收特性,通过合理设计增益光纤长度,得到了在1910—1970 nm约60 nm的光谱范围内连续可调的激光输出,且激光器静态线宽小于0.1 nm,能够满足水的超光谱吸收测量实验的要求.利用该激光器分别对空气和酒精火焰中水在2μm波段的宽带吸收光谱进行了测量.在常温空气中,该光源可以在1910—1965 nm的光谱范围内有效分辨40余条水的吸收谱线;在酒精火焰中,该光源可以在1950—1970 nm的光谱范围内有效分辨近50条水的吸收谱线.通过与HITRAN2016数据库的比对反演得到激光器在动态扫描过程中的线宽约为0.06 nm,与静态测试结果相近;反演得到的空气温度约为298 K,空气中水的摩尔分数约为2%,与温湿度计测量结果一致;反演得到的酒精火焰温度约为1220 K,与热电偶测量结果较为接近.

摘要：发动机燃烧室设计以及计算流体动力学模型的建立和验证需要对燃烧室流场温度等参数进行精细化测量。本文提供了一种TDLAS与CARS技术共线的测温装置,解决了两种技术在联合测量时探测区域不一致的问题,同时使二者共用发射端与接收端,降低了系统的复杂性。利用建立的测量系统在超燃发动机试验台不同位置处开展了温度测量实验,结果表明发动机燃烧段的凹槽区域内(距流道下壁面>30mm)煤油燃烧时期温度最高(约2400 K),而发动机燃烧段下沿(距流道下壁面<10 mm)煤油燃烧时期温度上升不明显。

摘要：针对在发动机实验环境中羟基分子标记示踪速度测量技术受到的强振动干扰问题,通过实验研究分析了标记激光与不同流场作用时产生的辐射光谱特性,设计了在实验中同时拍摄标记基准图像和移动图像的振动干扰抑制方法。对于一般流场,在实验中实时拍摄标记激光瑞利散射作为标记基准图像,而对于含有煤油大分子碳氢燃料的流场甚至是CH_4燃烧场,用标记激光诱导燃料在OH荧光辐射波段的辐射光作为标记基准图像。在超燃发动机的速度测量应用尝试表明,两种方案均可以达到抑制振动的目的。在相对干净的流场区域,前者得到的标记激光图像会受到壁面散射等干扰,基准位置提取不确定度约为0.06mm。在流场中未燃燃料含量比较丰富的区域,后者能够得到清晰的标记基准图像,基准位置提取不确定度可以降至0.03mm,与采用平均方法得到的基准位置提取不确定度相当。

摘要：为了加强光学系统在实际应用现场的抗振性能,提高光束的质量及光束指向的稳定性,以光学元件结构优化分析为例,利用Visual Basic(VB)和MATLAB对ANSYS系统进行了二次开发,设计实现了一个基于ANSYS的参量化分析平台。平台借助VB作为参量化建模以及主控界面的开发工具,完成参量化建模;然后调用ANSYS进行结构优化分析,并提取计算结果;最后调用MATLAB对结果进行处理,将生成的数据图片动画进行实时可视化显示,从而使得光学元件优化设计过程更加直观便捷。该研究对光学元件抗振性能的分析和评估有很大的帮助。

摘要：发动机测试现场的实验环境普遍存在强振动、高噪声等干扰条件,常规的用于光学实验室的激光诊断测量系统庞大、复杂且易受干扰,无法直接应用到这样的恶劣环境中。通过模块化设计和有针对性的抗振动设计,研制了一台可用于发动机现场测试、体积相对较小、结构紧凑的集成化相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)诊断系统。测温实验前测量了发动机测试过程中的振动结果,分析了振动来源和特点,有针对性地采取了减振措施,进一步降低了振动对集成化系统的干扰。利用集成化CARS系统测量了超声速燃烧室出口喷流的温度,获得了单脉冲CARS温度拟合结果和温度随时间的变化。测量结果显示不稳定燃烧状态下的温度抖动范围大于稳定燃烧状态,但平均温度低于稳定燃烧状态,表明不稳定燃烧的效率相对较低。

摘要：为了诊断瞬态高速喷流的结构特征,开展了基于分子滤波瑞利散射(FRS)技术的可视化研究.介绍了FRS技术的基本原理,分析了散射光的多普勒频移对诊断的影响.针对瞬态高速喷流特点,建立了FRS诊断系统,设计了两种不同的激光入射方式.采用与流场方向垂直的激光入射方式,获得了喷流与空气作用的湍流结构.而采用与流场轴向平行的激光入射方式,则获得了喷流自身的结构.FRS技术对瞬态高速喷流的可视化研究,对研究超声速湍流混合层流场具有重要指导意义.

摘要：介绍了挤压型材模具中,具有阶梯式凸模的分流组合模设计的方法和设计要点,用实例阐述了该类型模具的设计过程和设计思路。

摘要：分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光(PLIF)实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统,并根据PLIF实验的具体要求,通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统,对染料激光进行了匀滑整形,获得了不均匀性<4%的均匀片状光束,满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统,获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。

摘要：介绍了自发喇曼散射技术的基本原理、实验方法及对高压燃烧场的测量结果。利用Nd:YAG激光的三倍频输出激发振动喇曼散射,在单脉冲条件下测量了高压模拟燃烧室内不同化学配比条件下以氢气-空气预混燃烧场为主要组分(N2,O2,H2O,H2等)的喇曼光谱,获得了主要组分浓度随燃烧时间、燃烧场压力的变化规律。实验中利用偏振技术有效地提高了信噪比。通过优化激光光束形状及光路设计避免了等离子体光谱对喇曼信号的干扰。