基于丙酮平面激光诱导荧光气流混合比测量研究

摘要

在发动机工作过程中，燃料与空气的混合比分布决定发动机的点火性能、火焰稳定性以及有害尾气排放等问题，而这在发动机设计中起到关键作用。而发动机一般都是扩散燃烧。因此，本文利用高精度的光学诊断技术——示踪平面激光诱导荧光(PLIF)技术对扩散流场中气流混合比定量分布特性进行了测量。获得了静态空气和动态空气下的定量气流混合比分布。
　　对甲醛、甲苯、NO和丙酮等常用的示踪粒子作了比较分析，在常温常压下，根据PLIF技术对示踪粒子的实验要求，选择出了丙酮作为气流混合比测量实验的理想示踪剂。同时根据已知的丙酮PLIF荧光强度表达式，分析了影响荧光强度的相关因素。根据荧光强度表达式的简化，提出了定量测量气流混合比的实验方案。同时，根据提出的实验方案要求，设计了一套可温控的丙酮加注系统，实现了丙酮摩尔分数的定量配比。
　　丙酮摩尔分数定标实验，是定量测量气流混合比的基础。为了获得高信噪比图片，对丙酮的荧光寿命进行了测量，得到丙酮荧光寿命为6ns，并且确定了实验各组成部分之间的时间延迟和门宽。然后，通过实验，获得了丙酮荧光信号强度与激光能量成线性关系。当激光能量为1mJ时，最适合流场测量实验。最后，利用平焰燃烧器对进行了丙酮摩尔分数定标实验，获得丙酮荧光信号强度与丙酮摩尔分数之间的函数关系。
　　对扩散流场的气流混合比分布特性进行了定量测量。当空气射流速度为零时，气流混合比仅受燃料射流扩散作用影响，随着燃料射流速度的增加，气流混合作用减弱；当空气射流速度不为零时，气流混合比除了受到燃料射流扩散作用外，还与射流间相互扰动有关。当空气射流速度较小时，对燃料射流混合比影响较小。增大空气射流速度，射流之间的扰动增加，气流混合作用增强。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

1.2 国内外研究进展及现状

1.2.1 示踪粒子特性研究现状

1.2.2 气流混合特性国内研究现状

1.2.3 气流混合特性国外研究进展

1.2.4 国内外研究现状分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 气流混合比测量理论分析

2.1 引言

2.2 PLIF技术理论分析

2.2.1 激光诱导荧光

2.2.2 PLIF技术

2.3 示踪粒子比较分析

2.4 丙酮光物理特性

2.5 本章小结

第3章 流场混合比定标实验

3.1 引言

3.2 丙酮PLIF定标实验装置

3.2.1 激光器系统

3.2.2 信号采集系统

3.2.3 控制系统

3.2.4 丙酮蒸汽发生器

3.3 丙酮浓度标定实验

3.3.1 丙酮荧光寿命实验分析

3.3.2 丙酮荧光信号强度与能量关系

3.3.3 丙酮浓度标定

3.4 本章小结

第4章 扩散流场气流混合比测量研究

4.1 引言

4.2 同轴燃烧器

4.3 静态空气扩散流场混合比特性研究

4.4 动态环境扩散流场混合比特性研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢