基于氛围气激光诱导荧光法的射流浓度测试方法研究

发布时间：2020-07-04 02:18

【摘要】：缸内直喷技术相较于其他内燃机喷射技术可以通过提高压缩比、降低泵气的损失,来提高发动机热效率,并在减少氮氧化物等污染物的排放方面具有巨大优势。在基于缸内直喷的燃烧过程控制中,研究分层混合气的浓度分布信息对研究直喷式内燃机具有很大的帮助。激光诱导荧光技术(LIF)经常被用来测试燃料的浓度分布信息,其优点是时间和空间分辨率高,荧光和激光的波长不一使得信噪比相较于其它方法高,但是其荧光剂的选择具有局限性,而且需要对荧光强度和物质浓度做预先标定,有较大的改进空间。本文参考LIF方法,保留其优点,但将荧光剂(tracer)加入氛围气中,以高压气体射流为例,对这种氛围气激光诱导荧光法(LIFA)的浓度测试方法开展研究工作。首先,本文总结了常用的密度/浓度分布测试方法,包括纹影法,散射法,LIF等。在考虑了传统LIF方法中荧光剂选择、预标定等局限性后,从原理方面证明了LIFA无需考虑tracer是否完全代表燃料,解决了tracer的选择局限性问题,同时还具有不同燃料之间能进行对比的优点。基于LIFA方法,推导了计算混合气浓度分布信息的公式以及在线标定的方法。其次,基于本文所研究的LIFA方法,搭建了实验所需要的测试平台,包括喷射系统,光学系统,同步系统等。此测试平台可以实现在定容弹系统中,对不同状态(气态、液态)的燃料,在不同的喷射压力(2bar~200MPa)、温度、背压下,进行浓度分布测试实验,可以得到不同喷射后时刻的瞬时射流结果。最后,基于LIFA方法,对不同介质的气体射流在不同条件下进行了实验,利用在线标定方法,定量得到了不同喷射时刻下的气体射流在不同喷射压力下的浓度分布信息情况,并比较了氩气和氮气在相同条件下的浓度分布情况,最后对此方法的不确定性进行了讨论。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK401
【图文】：

分析图,纹影法,光学原理,分析图

图 1- 1 纹影法光学原理分析图Fig. 1- 1Principle schlieren其中，狭缝的作用为限制光源的强弱，同时构造一个点光源；光源前的反射镜起到了改变光传播路径的作用；而准直镜（即凹面镜 M1），用来将点光源变为平行的面光源；测试区为被测物的运动的区域，被测物的密度变化可以直接被观测到；纹影镜（即凹面镜 M2）起到了将平行光汇聚的作用，目标是收光与相机镜头前；刀片用以切割光路，挡住汇聚后没被折射的光，来产生纹影效果；高速相机作为图像传感器用来采集每一瞬时下的纹影图片。下面具体解释原理：光源发射均匀光线首先经小孔变为点光源，小孔恰好置于准直镜 M1的焦面上，即可将点光线变为平行光线。孔 ad 经过准直镜和纹影镜子后在刀口处 a’d’成像，测试区 gj 经过纹影镜和反射镜最后在相机处成像，实际

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上海交通大学硕士学位论文质由于吸收了外界的入射光能量，发生了能级跃迁，在能级之间产生内转化效应，而后释放热量，并释放出另一波长的荧光。很明显，由于阶跃能级之间的能量不同，且在发射荧光过程中有能量损失，因此产生的荧光的能量将会小于原来入射光的能量，反应在波长信息上即荧光波长将大于入射光波长。综上所述，物质在吸收了入射光的能量后，能够产生另一波长的荧光的条件是：（a）发荧光物质的原子的特征频率需要同入射光的频率相同，即二者应有相同的共振频率。（b）该物质的原子需要有足够的荧光效率，才能保证荧光能突破截止频率，且发射出的荧光波长在适合范围内。

【参考文献】