利用CPP飞秒单次脉冲CARS光谱时间分辨测量燃烧场温度
发布时间：2021-01-22 15:06
CARS光谱技术是一种理想的测温技术,纳秒CARS光谱技术测温已经比较成熟,但由于其固有的受粒子碰撞效应影响、零点非共振背景强和重频低等特点,不再适用于高温湍流等急剧变化的燃烧场。随着激光技术的发展,开始利用啁啾探测脉冲飞秒相干反斯托克斯拉曼散射（CPP fs CARS）技术进行测温研究。在过去10余年,通过不断完善CPP fs CARS光谱理论研究,改进拟合算法并优化实验光路,使得CPP fs CARS光谱测温技术从测量单一的稳态气体盒温度到测量高温湍流等非稳态燃烧火焰温度,从而实现高温湍流场温度的时间分辨测量,且测温准确度也在不断提高。本文主要利用CPP fs单次脉冲CARS光谱技术对稳态气体和非稳态燃烧火焰进行时间分辨测温研究。研究工作主要包括以下几个方面。（1）建立CPP fs CARS光谱理论模型。通过介质的极化强度推导CARS信号强度表达式,并构建氮气分子响应模型。通过测得的激光束光谱信号构建电场模型。利用这三个模型组建CPP fs CARS光谱理论模型。（2）搭建CPP fs单次脉冲CARS光谱测温实验平台,主要包括搭建用于测量时间分辨为毫秒量级的稳态气体温度以及非稳态燃...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自发拉曼散射光谱
常是将频域信号频谱与拉曼特征进行比较来确定温度。CP光束的频谱来编译拉曼相干的时间行为。光与斯托克斯光满足时间和空间重合并聚焦到探测物体频率差可以激发氮气 Q 支（ ν = 1，ΔJ = 0）拉曼跃迁，发ARS 的温度敏感度来自测量氮气分子宏观极化的时间衰斯脉冲不再照射探测体时，氮气分子开始以其固有频率导致宏观极化衰减。由 Maxwell-Boltzmann 分布得出不同居数的能级数与温度直接相关。于啁啾的玻璃棒的色散效应，脉冲中的“红色”波长在使得啁啾探测脉冲具有强烈的频率 - 时间相关性。CPP 达探测体稍有延迟，使得探测体在发生激发之后的前几将拉曼相干的频散效应映射到 CARS 信号光束的光谱上测光束的频率相关延迟如何将拉曼相干的时间衰减映射到。
满足 CARS 实验的一个基本要求是泵浦光和斯托克斯光的频率不同，之间的频率差与探针分子的拉曼跃迁频率相同，而探测光频率的选择性在于它决定了信号频率：ωCARS= ωprobe+ ωR。本次实验中，我们气的 Q 分支拉曼跃迁，因此激光放大器的基本输出频率要根据 2330cm曼频移而选择。这种拉曼位移通常在纳秒 CARS 实验中用染料激光完通过纯光学工艺进行，以保证短时间脉冲宽度。虽然使用光学参量放染料激光器要复杂许多，但可以提高频率调谐的灵活性。在针对 CPP 飞秒 CARS 的实验中，三种激光光束频率的不同选择将导ARS 光出射。Richardson 和 Dennis[24,26]都使用 OPA 来把激光放大器中。如图 2-1 所示是两种不同的激光组合能级图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声速燃烧与高超声速推进[J]. 俞刚,范学军. 力学进展. 2013(05)
[2]1维非稳腔空间增强探测CARS技术对稳态燃烧场温度的测量[J]. 张立荣,胡志云,张振荣,赵新艳,黄梅生,叶锡生,刘晶儒. 强激光与粒子束. 2006(12)
[3]甲烷-空气预混V形火焰的CARS实验研究[J]. 王宝瑞,劳世奇,孔文俊,张孝谦. 工程热物理学报. 2006(04)
[4]用单次脉冲非稳腔空间增强探测CARS技术测量火焰温度[J]. 胡志云,张振荣,刘晶儒,关小伟,黄梅生,叶锡生. 中国激光. 2004(05)
[5]推进剂燃烧火焰温度CARS测试技术问题的探讨[J]. 郝海霞,李春喜. 火炸药学报. 2004(01)
[6]CARS光谱技术在炸药测温领域中的应用[J]. 闫军,徐更光. 火炸药学报. 2000(03)
[7]USED CARS测量乙炔/空气火焰的温度分布[J]. 赵建荣,李春金. 激光技术. 1993(03)
博士论文
[1]激光光谱诊断技术及其在发动机燃烧研究中的应用[D]. 李麦亮.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]飞秒CARS在燃烧测温中的应用研究[D]. 李金钊.哈尔滨工业大学 2013
[2]基于火焰测温的飞秒CARS光谱技术研究[D]. 吴倩倩.哈尔滨工业大学 2011
[3]飞秒时间分辨CARS光谱在超快动力学及燃烧测温应用研究[D]. 张天天.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2993445
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自发拉曼散射光谱
常是将频域信号频谱与拉曼特征进行比较来确定温度。CP光束的频谱来编译拉曼相干的时间行为。光与斯托克斯光满足时间和空间重合并聚焦到探测物体频率差可以激发氮气 Q 支（ ν = 1，ΔJ = 0）拉曼跃迁，发ARS 的温度敏感度来自测量氮气分子宏观极化的时间衰斯脉冲不再照射探测体时，氮气分子开始以其固有频率导致宏观极化衰减。由 Maxwell-Boltzmann 分布得出不同居数的能级数与温度直接相关。于啁啾的玻璃棒的色散效应，脉冲中的“红色”波长在使得啁啾探测脉冲具有强烈的频率 - 时间相关性。CPP 达探测体稍有延迟，使得探测体在发生激发之后的前几将拉曼相干的频散效应映射到 CARS 信号光束的光谱上测光束的频率相关延迟如何将拉曼相干的时间衰减映射到。
满足 CARS 实验的一个基本要求是泵浦光和斯托克斯光的频率不同，之间的频率差与探针分子的拉曼跃迁频率相同，而探测光频率的选择性在于它决定了信号频率：ωCARS= ωprobe+ ωR。本次实验中，我们气的 Q 分支拉曼跃迁，因此激光放大器的基本输出频率要根据 2330cm曼频移而选择。这种拉曼位移通常在纳秒 CARS 实验中用染料激光完通过纯光学工艺进行，以保证短时间脉冲宽度。虽然使用光学参量放染料激光器要复杂许多，但可以提高频率调谐的灵活性。在针对 CPP 飞秒 CARS 的实验中，三种激光光束频率的不同选择将导ARS 光出射。Richardson 和 Dennis[24,26]都使用 OPA 来把激光放大器中。如图 2-1 所示是两种不同的激光组合能级图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声速燃烧与高超声速推进[J]. 俞刚,范学军. 力学进展. 2013(05)
[2]1维非稳腔空间增强探测CARS技术对稳态燃烧场温度的测量[J]. 张立荣,胡志云,张振荣,赵新艳,黄梅生,叶锡生,刘晶儒. 强激光与粒子束. 2006(12)
[3]甲烷-空气预混V形火焰的CARS实验研究[J]. 王宝瑞,劳世奇,孔文俊,张孝谦. 工程热物理学报. 2006(04)
[4]用单次脉冲非稳腔空间增强探测CARS技术测量火焰温度[J]. 胡志云,张振荣,刘晶儒,关小伟,黄梅生,叶锡生. 中国激光. 2004(05)
[5]推进剂燃烧火焰温度CARS测试技术问题的探讨[J]. 郝海霞,李春喜. 火炸药学报. 2004(01)
[6]CARS光谱技术在炸药测温领域中的应用[J]. 闫军,徐更光. 火炸药学报. 2000(03)
[7]USED CARS测量乙炔/空气火焰的温度分布[J]. 赵建荣,李春金. 激光技术. 1993(03)
博士论文
[1]激光光谱诊断技术及其在发动机燃烧研究中的应用[D]. 李麦亮.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]飞秒CARS在燃烧测温中的应用研究[D]. 李金钊.哈尔滨工业大学 2013
[2]基于火焰测温的飞秒CARS光谱技术研究[D]. 吴倩倩.哈尔滨工业大学 2011
[3]飞秒时间分辨CARS光谱在超快动力学及燃烧测温应用研究[D]. 张天天.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2993445
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2993445.html
