摘要：为进一步研究超燃冲压发动机接近实际工作状态时,不同支板结构对燃料/空气掺混效果的影响,本文在课题组前期工作的基础上,改进了部分试验系统,进行了热态试验环境下的丙酮平面激光诱导荧光(PLIF)测量和H2点火燃烧条件下的OH-PLIF测量,得到了多种工况条件下,多个横截面位置的丙酮PLIF和OH-PLIF荧光图像。结果表明:在热态试验环境下,采用4种支板时的丙酮PLIF信号比冷态试验结果整体上弱了许多,但采用EL1支板时,燃料/空气的掺混效果与冷态试验结果保持一致(仍为最优);在H2点火燃烧条件下,从OH的生成数量和扩散区域可以看出,EL1支板对燃烧效率的提升作用更好,这也从侧面证明了EL1支板在4种支板中效果最优。

摘要：开发了一种基于体相位全息(VPH)透射光栅的双偏振自发拉曼光谱测量系统,实现在燃烧场中单脉冲激光下同步定量测量主要气态物种组分(二氧化碳CO_(2)、氧O_(2)、氮N_(2)、水H_(2)O、燃料及中间体C_(x)H_(y))浓度和温度,同步测量的温度可修正其对物种拉曼散射截面的影响。系统中的两套光栅和ICCD相机可同步采集两个互相垂直方向的拉曼散射偏振信号,有效剔除荧光干扰。在可控压力及温度的气样池和McKenna标准火焰燃烧器进行了浓度和温度的标定,温度测量精度小于1.06%,组分浓度测量精度小于1.10%。在某航空发动机模型燃烧室燃烧场中,完成了单工况三维多测点组分浓度和温度的同步单脉冲(20 ns)定量测量。

摘要：针对当前喷气式涡轮航空发动机的主流稳焰方式-旋流火焰的燃烧机理、火焰构型等热点问题,设计加工了一套受限空间下的旋流燃烧器,利用了一种能够实现非侵入式、精细化、可视化复杂燃烧流场的OHPLIF(OH-planarlaser-inducedfluorescence)测量系统,研究了该燃烧器在空气流量40 L/min时不同当量比的燃烧工况,并重点分析了旋流火焰的极限熄火工况.结果表明:在受限燃烧室内,由于壁面的作用旋流火焰从“V”型火焰发展成“M”型火焰,在主焰中心两侧会形成两个主漩涡,主漩涡的边界区域有较高浓度的OH分布;距离主纵截面的偏移量D越大,两个主漩涡的形状逐渐不稳直至完全消失,OH也逐渐向靠近壁面的区域聚集;旋流火焰的横向截面测量结果与纵向截面存在较强的对应关系,在H=5 mm横截面处,OH高度集中在“中心圆”区域,随着测量高度的上升,OH逐渐向燃烧室X轴方向两侧的壁面区域聚集.

摘要：在预混甲烷/空气燃烧的平面火焰炉上,采用脉冲式光腔衰荡光谱技术(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)实现了对OH分子浓度的定量测量。根据光腔衰荡吸收光谱理论,选取OH的A2Σ+-X2Π(0,0)电子跃迁带中的P1(2)吸收谱线构搭建了一套激光波长在308.6 nm的脉冲CRDS实验装置。脉冲CRDS装置中的衰荡光腔是由一对反射率为99.7%的高反射镜组成且其衰荡腔的腔长为270 cm,并测量空腔(光腔中无火焰)的衰荡时间为2.33μs。通过理论分析影响浓度精确测量的实验参数,分别采用平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-stokes Raman scattering,CARS)和脉冲CRDS三种技术精确测量OH的有效吸收长度、高温火焰的温度和有效的光腔衰荡时间。当在平面火焰炉上燃烧预混的甲烷(1.1 L·min^(-1))和空气(15 L·min^(-1))且在距离炉面高度为6 mm时,采用PLIF技术测量的有效吸收长度比直接选用燃烧器炉面直径作为吸收长度的精度提高7.1%,室温下利用CARS技术测量的温度要比热电偶测量的温度精度提高45%,衰荡光腔内有火焰且选用非OH吸收波长时测得的光腔衰荡时间要比采用空腔时测得的光腔衰荡时间精度提高21.6%。因此,通过以上多种测量技术相结合的方式精准测量各实验参量,最后得到OH分子数密度在距离炉面高度为6 mm时达到最大值(3.59×10^(13)molecules·cm^(-3))且OH浓度精度要比于未修正的OH浓度提高了35.6%。另外,在不同当量比下(Φ=0.7~1.1),OH粒子数密度都会随着距离炉面高度的增加而减少,通过曲线拟合发现OH浓度随着距离炉面高度的增加呈e指数衰减。在同一燃烧高度的富氧燃烧状态下,OH浓度随着当量比的增加而增加;当甲烷流量保持恒定时,富氧燃烧状态下的OH浓度要高于低氧燃烧状态下的OH浓度。在燃烧场中,采用这种多光谱技术相结合(CRDS-CARS-PLIF)的精准测量方式不仅能够实现对OH浓度精准的定量测量提高了测量精度,还可为定量测量其他燃烧产物分子的浓度提供技术支撑,对研究燃烧化学反应起着至关重要的作用。

摘要：高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一,而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础,如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关键.本文基于相干反斯托克斯拉曼散射基本原理,开发了面向非平衡流场的振转温度反演算法,并在宽温度范围静态环境开展验证.搭建了非平衡等离子体流场相干反斯托克斯拉曼散射测温实验平台并开展实验验证,结果表明微波等离子体处于热力学非平衡状态,并且振动温度和转动温度与微波功率成正比,而热力学非平衡度与微波功率成反比,当微波功率从80W增加至180 W时,等离子体电子数密度增加,中性粒子通过与电子碰撞获得能量使振动温度从(2201±43)K增加至(2452±56)K、转动温度从(382±20)K增加至(535±49)K;而处于振动激发态的分子通过振动-平动弛豫过程(对于N2分子弛豫速率与温度成正比)将部分振动能转化为平动能,导致振动温度与转动温度的差异降低,等离子体热力学非平衡度从0.83降低至0.78.

摘要：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所在国内首次搭建了基于标模发动机的10 kHz高频OH-PLIF试验系统,并于2021年5月在高超声速冲压发动机技术重点实验室的脉冲燃烧风洞上开展了超燃冲压发动机燃烧室测量试验研究。