甲烷空气火焰丙酮PLIF与OH-PLIF同步测量方法研究

发布时间：2020-05-16 07:33

【摘要】：随着科学技术的进步,航空发动机目前也向着提升发动机自身性能的方向发展,在提升燃料燃烧效率的同时尽最大可能减少燃烧中污染物的大气排放。发动机工作分为喷注、雾化、蒸发、掺混、点火、燃烧等几个步骤,其中对燃烧产生直接影响的就是燃料与氧化剂的掺混过程,掺混的好坏将直接影响燃烧的效率,所以掺混在发动机工作过程中也是非常重要的一步,而燃烧产生的温度变化也会对燃料与氧化剂掺混产生一定影响。所以本文基于平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence-PLIF),提出一种甲烷空气火焰掺混与燃烧过程同步测量方法。对于甲烷与空气的掺混过程,需要在一种气体中添加示踪粒子,利用示踪粒子的荧光效应表示燃料与氧化剂的掺混过程,实验中选择用丙酮作为燃气的示踪粒子;对于燃烧过程,可以选择燃烧中间产物OH作为燃烧场的示踪粒子表示燃烧火焰的形态结构。通过实验与理论仿真探究丙酮与OH的吸收光谱与荧光光谱,以平面激光诱导荧光技术为基础,提出一种甲烷空气火焰丙酮PLIF与OH-PLIF同步测量方法。搭建丙酮PLIF与OH-PLIF同步测量实验平台,采用一套激光输出设备配合一台探测器作为实验装置,探究常压下丙酮荧光信号强度随浓度的变化规律,研究鼓泡法得到的燃气中丙酮分子携带量的稳定性,分析近真实火箭发动机喷嘴--三股互击燃烧器喷注气体后流场掺混的均匀性及气体混合比;研究冷态流场与燃烧态流场结构上的差别,探究燃烧与流场的相互作用关系。将研究的丙酮OH双组份同步测量方法应用与三股互击燃烧器产生的扩散火焰上,同步测量结果与燃烧场丙酮PLIF和OH-PLIF分步测量的结果对比,得到对于三股互击燃烧器产生的火焰同步测量结果结构相似度为93.12%,得到了近真实火箭发动机的喷嘴产生的流场与燃烧场PLIF图像。
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文光谱范围为 225~320nm，得到 308nm 波长激发的丙酮荧光光谱，如图 1-1；还得到丙酮荧光强度随气流中丙酮浓度的关系。1998 年[18]，获得了丙酮荧光信号随激光波长、温度变化的实验数据；1999 年[19]，得到了不同激发波长下丙酮荧光强度与压强和气体组成成分的关系，与丙酮浓度、激发波长、温度等基础研究结合建立了一套数据体系；2001 年[20]，利用 248 nm 和 308 nm 双波长激发，获得不同温度与摩尔分数分布的丙酮 PLIF 图像。

-2 实验装置示意图（左）及 CH 与 OH 同时成像荧光图像（右法国国家航空航天技术研究办公室 A. Bresson[23]等人技术在超然冲压发动机内部，研究了超音速反应的混合两台 ICCD 同时测量燃烧产生的 OH 自由基的浓度场场的结构进行可视化，两台相机在部分区域可精确对应 测温实验，测得反应混合层的温度分布。通过对这两好地理解超音速燃烧的物理过程。瑞典隆德大学 Bo Zhou[24]等人研究稀薄、分布反应区，采用多组分的高分辨率 PLIF 技术，同时对 HCO、CH像。实验装置如图 1-3 所示。通过三套激光器装置可激光，调节激光脉冲间的延时，使 355 nm 激光与 28，探测器使用三台 ICCD 可以近似同时得到三种物质 PLIF 荧光图像如图 1-4 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231.2

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1 李，

本文编号：2666395