《用於超聲速燃燒診斷的多波長吸收光譜斷層測量技術》是依託中國科學院力學研究所，由李飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：用於超聲速燃燒診斷的多波長吸收光譜斷層測量技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李飛
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超聲速燃燒作為超燃衝壓發動機的基礎，已成為目前各航空航天大國爭相研究的熱點。而高溫高速條件下測量技術的欠缺限制了超燃實驗研究的高速發展。在各種非接觸測量手段中，可調諧二極體吸收光譜技術(TDLAS)以其定量準確、高重複頻率和結構較簡單等優點，成為國際上用於超燃診斷的最有效光譜診斷技術之一。然而沿光程的積分吸收測量決定了其低空間解析度，如何提高TDLAS的空間分辨能力成為吸收技術發展的重要方向。本項目就針對這點開展研究，計畫將同光路多頻測量和斷層重建術兩種方法結合起來。充分利用同光路多吸收譜線的易於實現、對不同溫度敏感等特性，再結合基於重建判據的最佳化疊代重建算法，用儘可能少的吸收光路(最多20路)和吸收波長(最多10個)，完成一套具有中等空間分辨能力(小於5mm)的TDLAS斷層測量系統。套用於超燃燃燒室內高溫高速氣流診斷，實現高重複頻率(千赫茲)下，氣流靜溫和水蒸氣濃度的截面分布測量。
結題摘要
可調諧二極體吸收光譜技術(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)已成為高速氣流中燃燒診斷的重要測量手段之一。提高TDLAS 的空間分辨能力成為吸收技術發展的重要方向。本項目就針對這點開展研究，實現了全部研究計畫要點，取得了如下研究結果： (1) 利用雙線TDLAS系統和位移機構，利用吸收波長為7185.6 cm-1 和7444.3 cm-1 雙線，掃描測量截面，獲得了燃燒室入口、燃燒室內和燃燒室出口的氣流靜溫、速度和水蒸氣濃度的高度分布，得到了燃燒室內和出口氣流馬赫數分布，鑑別燃燒模態，計算了發動機燃燒效率。 (2) 設計基於6 平行光束-旋轉測量的新型TDLAT系統，吸收波長為7185.6 cm-1 和7444.3 cm-1 雙線，採用分時-直接吸收探測策略。重建中，使用代數重建算法(ART)，先分別反演計算兩吸收線的吸收率和吸收比分布，再獲得溫度和濃度分布。利用該系統，在CH4/Air 預混平面燃燒爐上開展初步驗證試驗。結果表明，TDLAT 系統可以反演出溫度和濃度分布特徵，反演的溫度分布結果與熱電偶測量值吻合較好。 (3) 結合多光譜拓撲重建技術(Hyperspectroscopy Tomography,HT)設計了一套基於6X6 正交光束的TDLAS-HT 系統，使用四條水蒸氣吸收譜線： 7185.6cm-1、7444.3cm-1、6807.8cm-1 和7466.3cm-1。重建中，使用模擬退火算法(SA)，以溫度T 水蒸氣分壓PX 為變數，直接重構溫度、濃度的二維分布。利用該新型系統，在2.5kHz 的測量頻率下，在CH4/Air 預混平面燃燒爐上開展初步驗證試驗。結果表明，TDLAS-HT 能夠捕捉到平面爐點火瞬間的火焰傳播動態過程。 (4)利用TDLAS-HT系統(4個波長，16(8X8)光束，測量頻率2.5kHz)，實現了超燃直連台燃燒室出口測量，獲得了靜溫和水蒸氣分壓的二維分布動態數據。記錄了H2和C2H4燃料點火過程的氣流參數變化。測量結果為超燃燃燒室設計提供重要數據依據。
