超高速噴霧流場高時間分辨成像與診斷技術

《超高速噴霧流場高時間分辨成像與診斷技術》是依託西安交通大學，由司金海擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：超高速噴霧流場高時間分辨成像與診斷技術
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：司金海
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

發展超高速噴霧流場光學成像技術，對發動機的設計具有重要意義。在火箭等發動機超高速燃料噴霧的近場區，由於射流湍流強度大、液滴密度高，通常的流場觀測技術無法適用。本項目針對超高速燃料噴霧流場光學成像技術目前存在的若干問題，提出通過超快光克爾門選通彈道光技術，實現對近場區的高時間分辨成像；利用波分復用結合偏振復用的多脈衝曝光技術，實現超短幀間隔的彈道光成像，使彈道光成像技術的功能擴展至能夠測量超高速流場中粒子運動速度和加速度；通過超快光克爾門和空間濾波技術的有機結合、以及抑制超快光克爾門中自衍射效應的干擾，提高成像解析度和信噪比；研究雙光子誘導螢光技術，通過抑制雷射誘導螢光診斷中普遍存在的螢光淬滅效應，提高對燃燒產物濃度的測量精度。展示基於多脈衝曝光技術的超快光克爾門選通彈道光成像系統，實現散射介質最大光學密度大於12，成像時間和空間解析度分別優於0.5ps和20μm，幀間隔優於50ps。

結題摘要

發展超高速噴霧流場光學成像技術，對發動機的設計具有重要意義。在火箭等發動機超高速燃料噴霧的近場區，由於射流湍流強度大、液滴密度高，通常的流場觀測技術無法適用。本項目針對超高速燃料噴霧流場光學成像技術目前存在的若干問題，按照研究計畫開展了超快光克爾門選通彈道光成像技術和飛秒光絲誘導分子螢光光譜探測技術研究。 研究了飛秒時域光克爾門中超快光克爾效應與自衍射效應之間的競爭機制及其調控方法，通過調控泵浦光和探測光偏振態有效抑制了自衍射效應的產生，實現了高對比度超快光克爾門。研究了飛秒脈衝在散射介質中的傳播規律，提出了外差光克爾門選通成像新方法，有效提高了成像解析度和信噪比；提出了空間門選通超連續譜照明成像新方法，有效抑制了成像散斑。研製了適於燃料噴霧場診斷的超快光克爾門選通成像系統，系統成像時間解析度優於200fs、空間解析度優於5μm、光學深度大於12。 研究了飛秒光絲誘導激射現象與機理，飛秒雷射在氣體、燃燒場傳播效應和成絲規律，發現了飛秒光絲自產生白光種子注入空氣雷射現象。提出了飛秒成絲螢光自發射放大分子指紋光譜探測和火焰燃燒組分分析的遠程探測新方法，有效地解決了傳統雷射誘導螢光光譜技術在燃燒場探測套用中螢光淬滅效應的影響，獲得了燃燒過程中分子濃度與螢光強度之間的關係。研究了脂肪酸甲酯/柴油等高壓共軌噴霧的巨觀和微觀特性，以及不同工況下汽油和四氫呋喃的噴霧特性和甲醇裂解氣空氣層流預混火焰的燃燒特性。 項目研究成果發表學術論文62篇，其中發表在Nature Conmmunication, Applied Physics Letters, Optics Letters, Optics Express等期刊SCI收錄論文56篇，獲授權發明專利5項，國內和國際會議特邀報告9次，獲陝西省科學技術獎一等獎1項。發動機燃料噴霧雷射診斷領域著名專家瑞典隆德大學M. Linne教授在其發表在Prog. Energ.Combus. Sci.上的長篇綜述論文中介紹了我們的研究成果，稱讚我們的成果對燃料噴霧雷射診斷技術是令人激動的發展。