1 中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510640
2 中国科学技术大学纳米学院，江苏 苏州 215123
基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术，在常温常压下对富燃料正丁烷/空气同轴射流预混火焰结构及热释放率(HRR)特性进行了实验研究。通过火焰轴截面的OH-PLIF与CH2O-PLIF二维测量以及[OH]×[CH2O]归一化乘积获得热释放率分布特性，计算得到火焰面厚度值，并与火焰自发光CH*自由基表征的热释放率分布与火焰厚度值进行比较。结果表明：火焰中热释放率区域位于CH2O与OH自由基峰值之间，基于PLIF测量得到的热释放率区间比CH*自发光区域稍小；燃料当量比对热释放率峰值位置和分布区域有较大的影响，但低雷诺数下预混气初始流速对热释放率分布的影响较小；根据OH自由基与CH2O峰值位置间距得到的火焰面厚度值明显大于利用CH*自发光和[OH]×[CH2O]得到热释放率的半峰全宽。
测量 平面激光诱导荧光 热释放率 火焰面厚度 射流预混火焰 正丁烷 中国激光
2022, 49(13): 1304001
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
1 哈尔滨工业大学 可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 深圳航天工业技术研究院, 广东 深圳 518000
3 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
平面激光诱导荧光是基于片状激光光束, 激发流场中自由基或示踪粒子辐射荧光, 通过对该荧光成像获得流场空间分布信息的一种成像诊断技术。脉冲串激光器是目前能够满足高速平面激光诱导荧光技术对高重频、大能量激光光源需求的有效光源。本文针对应用于高速平面激光诱导荧光成像诊断中的脉冲串激光器进行了综述, 对比了脉冲串激光不同产生方式的特点, 阐述了发展状况, 并对作为高速激光诊断光源的脉冲串激光器的发展前景做了展望。
平面激光诱导荧光 脉冲串激光 调Q技术 半导体激光器泵浦 laser diagnosis burst-mode Q-switched LD-pumped 光学 精密工程
2019, 27(10): 2116
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
1 哈尔滨工业大学 理学院 物理系, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
平面激光诱导荧光是一种高时间和空间分辨率、非接触的激光诊断技术, 是研究流场和燃烧场的重要技术手段。高速PLIF技术相对于现有的低速PLIF技术具有众多优势, 高超声速飞行器、燃烧场、空气声学和等离子体等领域的发展, 需要重复频率在10 kHz以上的高速PLIF技术对湍流场和反应场进行研究, 以掌握其反应过程并进行优化。高重频、大能量脉冲激光器的缺乏是限制高速PLIF技术实现的主要原因。针对高速PLIF技术及其光源的发展状况做了全面的综述, 对比说明了不同类型激光光源的特点, 并对脉冲串激光器作为高速激光诊断光源的前景进行了展望。
激光诊断 平面激光诱导荧光 固体激光器 脉冲串 laser diagnostic planar laser induced fluorescence solid-state laser pulse burst 红外与激光工程
2017, 46(12): 1205001
李星 1,2,3蒋利桥 1,2,3杨浩林 1,2,3张京 1,2,3赵黛青 1,2,3
1 中国科学院 广州能源研究所, 广东 广州 510640
2 中国科学院 可再生能源重点实验室, 广东 广州 510640
3 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室, 广东 广州 510640
微射流火焰形貌观测及火焰中重要基元的准确测量, 对利用微尺度火焰燃烧特性研制开发微型燃烧动力系统具有重要意义。本文建立了微喷管射流火焰实验及光学测量系统, 对H2和CH4微射流火焰进行了实验研究, 测量了两种重要基元(CH,OH)的空间分布。首先, 探索了相机曝光时间对H2微射流火焰成像的影响, 得到了不同流速下H2微射流火焰形貌的变化规律。其次, 采用平面激光诱导荧光测量技术得到了不同燃料流速下H2及CH4微射流火焰中OH基元分布,同时还利用单反相机加CH滤镜通过长时间曝光(30 s)的方法获得了CH4微射流火焰中CH基元的分布。结果表明, 火焰图像清晰度随曝光时间增加提高, 曝光时间30 s时可获得H2微射流火焰的清晰照片; 采用分辨率2 048×2 048的ICCD相机可获得微尺度火焰OH基元分布的清晰图像。微射流火焰形貌及重要基元的实验结果表明相关数值计算方法准确可靠。
光学测量 激光光谱 平面激光诱导荧光 微射流火焰 optical measurement laser spectrum planar laser induced fluorescence micro-jet flame OH OH CH CH
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
中国科学院,力学研究所,高温气体动力学重点实验室,北京,100080
用平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量了氢/空气和煤油/空气超音速燃烧室氢氧基的荧光以及背景辐射光的图像.实验结果表明,PLIF是鉴别对燃烧性能起关键作用的燃料/空气混合过程的有效手段,发现在超音速燃烧室中PLIF氢氧基主要集中在凹腔区域,这有助于解释凹腔对超音速燃烧起稳定作用的机理.
平面激光诱导荧光 超音速燃烧 氢氧基 凹腔
