基于直线光路布局的纹影法测量火焰温度
发布时间：2022-01-11 12:02
测量火焰不同位置的温度对研究火焰结构具有重要意义.目前纹影法测量火焰温度多采用Z型布局的光路.为了在未来空间实验中将纹影法与其他光学方法集成开展多类型实验观测,摒弃了纹影法传统的Z型光路,采用直线型光路布局,针对光源、透镜、刀口切割量等因素对纹影系统灵敏度的影响开展研究,优化了直线型纹影系统.以蜡烛火焰为研究对象,对优化后的纹影系统进行标定,观测了其纹影图像,计算了蜡烛火焰中多处位置的火焰温度,并将计算结果与实测结果进行比较.结果表明,采用本研究设计的直线型纹影系统可以实现对火焰温度的精确测量.
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图４两组不同准直镜Ｌ１和纹影镜Ｌ２条件??下获得的蜡烛火焰纹影??
ｓｅｔｓ?ｏｆ?ｌｅｎｓｅｓ??ＬＩ?ａｎｄ?Ｌ２?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｉａｍｅｔｅｒｓ?ａｎｄ?ｆｏｃａｌ?ｌｅｎｇｔｈｓ??镜Ｌ２的焦距越长，纹影系统的灵敏度越高，获得的??纹影图像清晰度也越高．另外，通过多次实验还发现，??蜡烛火焰放置的位置以距准直镜Ｌ１较近处为隹后??续实验中均采用直径１００ｍｍ、焦距分别为５００ｍｍ??和８００?ｍｍ的准直镜Ｌ１和纹影镜Ｌ２开展实验．??３．１．３刀□的切割??给出４种不同刀口进给量条件下获得的蜡烛火??焰纹影，实验结果如图５所示．其中，图５（ａ）为刀??口最初的位置，此时刀口进给箭为〇，即刀口未切割??光斑．图５（ｂ）？（ｄ）的刀口进给量逐渐增加，纹影图??像中出现清晰的明暗条纹，而且暗条纹逐渐增大．纹??影图像暗侧是因为刀口挡住了左侧发生偏转的光线，??从而该Ｋ域变暗；亮侧是因为右侧光线向刀口外侧发??生了偏转．图５（ｄ）的纹影图像明暗条纹较其他图像??更容易分辨，可以清晰地观察到火焰的结构持征．因??此，随着刀口进给最的増加，火焰纹影信息也更加明??后续实验中脱采用的刀口进给量均为刀口切割一??半光斑的位置．??３．１．４图像采集??采集纹影图像时，相机前有无接收屏对采集到的??纹影图像均句性有很大影响．开展了采用毛玻璃作??为接收屏及不使用接收屏直接采集纹影图像的研究，??结果如图６所示．??通过图６（ａ）与（ｂ）的比较可以明显看出，采用毛??玻璃作为接收屏得到的纹影图像颗粒感很强，使用图??像灰度值获取时，在同一火焰结构层面的灰度值波动??很大，造成后续数据处理时的误差非常大．直接用相??机采集到的纹影图像则清晰均句，同一火焰结构层?
是因为刀口挡住了左侧发生偏转的光线，??从而该Ｋ域变暗；亮侧是因为右侧光线向刀口外侧发??生了偏转．图５（ｄ）的纹影图像明暗条纹较其他图像??更容易分辨，可以清晰地观察到火焰的结构持征．因??此，随着刀口进给最的増加，火焰纹影信息也更加明??后续实验中脱采用的刀口进给量均为刀口切割一??半光斑的位置．??３．１．４图像采集??采集纹影图像时，相机前有无接收屏对采集到的??纹影图像均句性有很大影响．开展了采用毛玻璃作??为接收屏及不使用接收屏直接采集纹影图像的研究，??结果如图６所示．??通过图６（ａ）与（ｂ）的比较可以明显看出，采用毛??玻璃作为接收屏得到的纹影图像颗粒感很强，使用图??像灰度值获取时，在同一火焰结构层面的灰度值波动??很大，造成后续数据处理时的误差非常大．直接用相??机采集到的纹影图像则清晰均句，同一火焰结构层??图５不同刀口进给量下的蜡烛火焰纹影．（ａ）刀口最初的??位氧此时进给量为、〇；?Ｃｂ）￣（ｄ）刀口进给量逐渐增加；??（ｄ）；刀口进给量为刀口切割－半光斑的位蠻??Ｆｉｇ．?５?Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ，?（ａ）?Ｉｎｉｔｉａｌ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ，?（ｂ）＾（ｄ）?ｔｈｅ?ｌｅｖｅｌ?ｏｆ?ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｂｙ??ｔｈｅ?ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ?ｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｇ?ｉｎ?ｔｕｒｎ，?（ｄ）?ｔｈｅ??ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ?ｏｂｓｔｒｕｃｔｓ?ｈａｌｆ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｉｇｈｔ?ｓｐｏｔ??图６采用毛玻璃作为接收屏（ａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度场纹影定量测量技术[J]. 张雄星,王伟,刘光海,郭子龙,胡锐. 中国光学. 2018(05)
[2]一种流场温度的测量方法[J]. 汤红,侯宏录,李炜龙,胡锐. 自动化仪表. 2018(04)
[3]适用于流注茎温度场测量的定量纹影系统及其图片处理方法[J]. 赵贤根,岳一石,杨永超,肖佩,何俊佳,贺恒鑫,陈维江. 中国电机工程学报. 2017(23)
[4]纹影定量化在火焰温度测量中的应用[J]. 孟晟,杨臧健,王明晓,沈忠良,邓凯,钟英杰. 实验流体力学. 2015(04)
[5]彩虹纹影定量测量实验方法研究[J]. 蒋冠雷,洪延姬,叶继飞,吴文堂. 装备指挥技术学院学报. 2012(01)
[6]差分干涉法测量微重力环境蜡烛火焰的温度[J]. 杜文锋,张孝谦,韦明罡,孔文俊,华泳. 燃烧科学与技术. 2000(02)
[7]测量燃烧室内温度时的热辐射修正[J]. 陆新蠡,彼·怀特. 航空动力学报. 1986(02)
本文编号：3582750
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图４两组不同准直镜Ｌ１和纹影镜Ｌ２条件??下获得的蜡烛火焰纹影??
ｓｅｔｓ?ｏｆ?ｌｅｎｓｅｓ??ＬＩ?ａｎｄ?Ｌ２?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｉａｍｅｔｅｒｓ?ａｎｄ?ｆｏｃａｌ?ｌｅｎｇｔｈｓ??镜Ｌ２的焦距越长，纹影系统的灵敏度越高，获得的??纹影图像清晰度也越高．另外，通过多次实验还发现，??蜡烛火焰放置的位置以距准直镜Ｌ１较近处为隹后??续实验中均采用直径１００ｍｍ、焦距分别为５００ｍｍ??和８００?ｍｍ的准直镜Ｌ１和纹影镜Ｌ２开展实验．??３．１．３刀□的切割??给出４种不同刀口进给量条件下获得的蜡烛火??焰纹影，实验结果如图５所示．其中，图５（ａ）为刀??口最初的位置，此时刀口进给箭为〇，即刀口未切割??光斑．图５（ｂ）？（ｄ）的刀口进给量逐渐增加，纹影图??像中出现清晰的明暗条纹，而且暗条纹逐渐增大．纹??影图像暗侧是因为刀口挡住了左侧发生偏转的光线，??从而该Ｋ域变暗；亮侧是因为右侧光线向刀口外侧发??生了偏转．图５（ｄ）的纹影图像明暗条纹较其他图像??更容易分辨，可以清晰地观察到火焰的结构持征．因??此，随着刀口进给最的増加，火焰纹影信息也更加明??后续实验中脱采用的刀口进给量均为刀口切割一??半光斑的位置．??３．１．４图像采集??采集纹影图像时，相机前有无接收屏对采集到的??纹影图像均句性有很大影响．开展了采用毛玻璃作??为接收屏及不使用接收屏直接采集纹影图像的研究，??结果如图６所示．??通过图６（ａ）与（ｂ）的比较可以明显看出，采用毛??玻璃作为接收屏得到的纹影图像颗粒感很强，使用图??像灰度值获取时，在同一火焰结构层面的灰度值波动??很大，造成后续数据处理时的误差非常大．直接用相??机采集到的纹影图像则清晰均句，同一火焰结构层?
是因为刀口挡住了左侧发生偏转的光线，??从而该Ｋ域变暗；亮侧是因为右侧光线向刀口外侧发??生了偏转．图５（ｄ）的纹影图像明暗条纹较其他图像??更容易分辨，可以清晰地观察到火焰的结构持征．因??此，随着刀口进给最的増加，火焰纹影信息也更加明??后续实验中脱采用的刀口进给量均为刀口切割一??半光斑的位置．??３．１．４图像采集??采集纹影图像时，相机前有无接收屏对采集到的??纹影图像均句性有很大影响．开展了采用毛玻璃作??为接收屏及不使用接收屏直接采集纹影图像的研究，??结果如图６所示．??通过图６（ａ）与（ｂ）的比较可以明显看出，采用毛??玻璃作为接收屏得到的纹影图像颗粒感很强，使用图??像灰度值获取时，在同一火焰结构层面的灰度值波动??很大，造成后续数据处理时的误差非常大．直接用相??机采集到的纹影图像则清晰均句，同一火焰结构层??图５不同刀口进给量下的蜡烛火焰纹影．（ａ）刀口最初的??位氧此时进给量为、〇；?Ｃｂ）￣（ｄ）刀口进给量逐渐增加；??（ｄ）；刀口进给量为刀口切割－半光斑的位蠻??Ｆｉｇ．?５?Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ，?（ａ）?Ｉｎｉｔｉａｌ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ，?（ｂ）＾（ｄ）?ｔｈｅ?ｌｅｖｅｌ?ｏｆ?ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｂｙ??ｔｈｅ?ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ?ｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｇ?ｉｎ?ｔｕｒｎ，?（ｄ）?ｔｈｅ??ｋｎｉｆｅ?ｅｄｇｅ?ｏｂｓｔｒｕｃｔｓ?ｈａｌｆ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｉｇｈｔ?ｓｐｏｔ??图６采用毛玻璃作为接收屏（ａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度场纹影定量测量技术[J]. 张雄星,王伟,刘光海,郭子龙,胡锐. 中国光学. 2018(05)
[2]一种流场温度的测量方法[J]. 汤红,侯宏录,李炜龙,胡锐. 自动化仪表. 2018(04)
[3]适用于流注茎温度场测量的定量纹影系统及其图片处理方法[J]. 赵贤根,岳一石,杨永超,肖佩,何俊佳,贺恒鑫,陈维江. 中国电机工程学报. 2017(23)
[4]纹影定量化在火焰温度测量中的应用[J]. 孟晟,杨臧健,王明晓,沈忠良,邓凯,钟英杰. 实验流体力学. 2015(04)
[5]彩虹纹影定量测量实验方法研究[J]. 蒋冠雷,洪延姬,叶继飞,吴文堂. 装备指挥技术学院学报. 2012(01)
[6]差分干涉法测量微重力环境蜡烛火焰的温度[J]. 杜文锋,张孝谦,韦明罡,孔文俊,华泳. 燃烧科学与技术. 2000(02)
[7]测量燃烧室内温度时的热辐射修正[J]. 陆新蠡,彼·怀特. 航空动力学报. 1986(02)
本文编号：3582750
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