1 西北核技术研究所, 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
2 上海交通大学四川研究院, 四川 成都 610213
燃烧流场浓度、 温度空间分布的精细测量对发动机燃烧室设计、 计算流体动力学模型建立以及数值仿真软件的验证具有重要意义, 其中平面激光诱导荧光（PLIF）技术具有对象选择性、 高测量灵敏度、 测量信息量丰富、 实验开展简单等优势, 尤其是OH-PLIF浓度及温度测量技术以其理论成熟性及技术方便性得到更为广泛的应用。 但该技术在煤油燃烧场的应用受到较大限制, 原因在于煤油燃烧场残余煤油对OH荧光信号造成较大干扰。 针对OH荧光分布测量时煤油干扰问题, 开展了OH及煤油吸收谱及荧光发射谱理论及实验对比分析。 其中煤油蒸汽吸收谱由氘卤灯通过煤油蒸汽前后的光强强度比获得, 相比于OH在260～320 nm波段的孤立吸收线, 煤油吸收为宽带吸收, 煤油吸收线完全覆盖OH激励线, 在煤油燃烧场在此波段对OH激励测量时, 激励煤油产生荧光不可避免。 另一方面, 通过调节激励波长, 测量获得OH/煤油混合荧光与煤油荧光发射谱。 煤油蒸汽荧光发射谱为中心分别位于290及340 nm的宽带信号, OH荧光主要集中于波长300～320 nm, 煤油荧光发射谱范围覆盖OH荧光, 结合吸收谱测量结果, 说明在煤油燃烧场燃烧不充分时, 在280 nm波段激励测量OH无法通过频域滤波的方式测量获得纯OH荧光信号。 通过对煤油信号的测量并扣除实现OH荧光信号的准确测量, 主要从选择性探测方面入手, 在OH荧光测量系统基础上增加一台探测相机, 采用两台ICCD相机, 分别结合(315±15)和(360±6) nm的带通滤光片进行OH/煤油混合荧光和煤油荧光的选择性探测, 通过对应点扣除的方式, 在煤油本生灯及发动机模型煤油燃烧混合荧光信号中去除煤油荧光获得了受干扰较小的OH分布结果, 证实了干扰消除方法的可行性, 为后续煤油燃烧场浓度及温度分布测量奠定了基础。
煤油荧光 OH分布 煤油分布 OH-PLIF OH-PLIF Kerosene fluorescence OH distribution Kerosene distribution
随着水下热射流的浮升，其动量逐渐衰减进而演变为羽流，采用常规的雷诺时均方法进行模拟容易出现涡粘过大导致仿真结果失真的问题。针对这一问题，文中以水下热射流出口为研究对象，运用PANS (Partially-Averaged Navier-Stokes)方法改进了水下热射流的计算模型，对其在静止和运动工况下的浮升扩散过程进行数值模拟，分析了水下热射流的浮升扩散规律。然后搭建了全透明的拖曳式试验水槽，采用平面激光诱导荧光（PLIF）方法测得的热射流在静止和运动工况下的浮升扩散图像与数值仿真结果进行对比验证。结果表明：基于PANS方法的水下热射流预测模型精度较高，所有误差均在15%以内，且绝大部分误差控制在10%以内。
热射流 浮升过程 部分平均雷诺时均 平面激光诱导荧光 thermal jet flotating-up process PANS PLIF 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210104
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室, 天津 300072
通过对平面激光诱导荧光（PLIF）图像进行分析, 可以获得湍流火焰中的火焰面密度（Σ）、 火焰刷厚度和湍流燃烧速度等关键参数, 通过二维火焰图像及火焰参数可建立三维火焰模型。 但目前二维PLIF图像能否精确反映三维火焰结构尚不明晰。 该研究用正交PLIF技术测量了甲烷/空气预混湍流火焰横截面（垂直于火焰传播方向）和纵截面（平行于火焰传播方向）上的二维OH分布, 然后通过对OH-PLIF图像的分析计算了火焰两截面的Σ, 并分别比较了不同燃烧器出口速度、 火焰不同位置和不同燃空当量比条件下, 火焰两截面的Σ的差别。 实验结果表明, 在相同条件下, 火焰纵截面的Σ均比火焰横截面的Σ偏小, 其差值大小与燃烧器出口速度, 火焰位置和燃空当量比相关。 这一现象说明, 最常采用的二维PLIF技术, 在精确反映三维火焰结构时具有一定的局限性。
荧光光谱 预混湍流火焰 火焰面密度 正交PLIF Fluorescence spectroscopy Turbulent premixed flames Flame surface density Orthogonal PLIF 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2968
1 中国空间技术研究院 载人航天总体部, 北京 100094
2 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
近年来随着光电技术应用需求的增长, 诸如平面激光诱导荧光技术、激光探测和激光加工等越来越多的领域展现出对高重频大能量的脉冲激光的需求。然而受激光器平均功率的限制, 传统的连续脉冲模式的脉冲激光器难以实现高重频和大能量的兼顾输出。文中研究了一种LD泵浦Nd:YAG 1.06 μm脉冲串激光器及其放大系统。采用长脉冲泵浦、腔内调制和MOPA放大技术, 实现了一段时间内激光器的高重频和大能量的兼顾输出。在调Q重频分别为10、50、100 kHz时, 脉冲串能量分别达到170.4、211.8、220.3 mJ, 每串内分别包含2个、12个、25个脉冲, 单脉冲能量分别为85.2、17.7、8.8 mJ。
脉冲串 平面激光诱导荧光 激光放大 高重频 高能量 burst mode PLIF laser amplifiers high repetition rate high energy 红外与激光工程
2019, 48(1): 0105003
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
研究并评价了单幅荧光图像的降噪方法, 以便真实、有效地获得用于瞬态流场测量的荧光图像的流场参数。分析了单幅荧光图像中的噪声来源, 根据对双线测温信息提取的影响程度, 确定米散射强噪声作为主要的滤波对象。分析了不同数字滤波方法的适用范围, 并对丙酮荧光显示的流场图像进行了降噪处理。通过检查荧光图像与滤波处理图像的差值图像中含有荧光图像结构信息的程度评价了降噪效果。比较表明, 形态学开运算图像重构滤波方法对荧光图像中米散射强噪声去除效果较好, 并可较好地保护图像中原有荧光信息的细节。采用形态学开运算图像重构滤波方法对Q2(11)线与P1(7)线激励甲烷/空气预混火焰获得的荧光图像进行处理, 得到了较为平滑的二维温度分布, 测量温度在2 000 K左右。结果表明, 形态学滤波方法在瞬态流场定量测量的PLIF图像降噪处理方面具有一定的应用潜力。
荧光图像 降噪 平面激光诱导荧光 定量测量 灰度形态学图像重构 差值图像 fluorescent image denoising Planar Laser Induced Fluorescence(PLIF) quantitative measurement morphological grayscale reconstruction difference image
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光(PLIF)实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统，并根据PLIF实验的具体要求，通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统，对染料激光进行了匀滑整形，获得了不均匀性＜4%的均匀片状光束，满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统，获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。
光束整形 平面激光诱导荧光 柱面微透镜列阵 片状光束 beam shaping Planar Laser-induced Fluorescence(PLIF) cylindrical lens array laser sheet
利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术,通过选择适合的OH自由基激励线,定量测量了甲烷-空气燃烧火焰的二维温度场分布.给出炉面中心上方火焰温度随离炉面高度的变化和距炉面12 mm高处沿炉面水平方向变化的实验测量结果并进行了讨论与分析.与利用相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)技术进行测温的实验结果相比,该测量的相对不确定度优于5%.
平面激光诱导荧光(PLIF) 燃烧诊断 激光诊断 温度场测量 Planar laser induced fluorescence（PLIF） OH OH Combustion diagnostics Laser diagnostics Temperature field measurement
介绍了平面激光诱导荧光的原理及实验装置,利用可调谐OPO激光器,在甲烷-空气火焰及一些高能燃剂燃烧火焰中测得了NO分子在不同压力、不同燃烧时刻的系列荧光谱线及二维浓度分布,并给出实验结果分析.
平面激光诱导荧光 燃烧诊断 激光诊断 PLIF NO NO Laser diagnostics Combustion diagnostics
