基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法
2023-09-13 02:55:10 3
基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於分子吸收光譜發動機燃燒流場速度測量裝置與方法，測量裝置包括雷射設定單元、雷射分束單元、測量單元、數據採集系統以及數據處理單元，雷射分束單元和雷射設定單元連接，位於發動機燃燒流場一側，測量單元包括兩個雷射探測器，位於發動機燃燒流場另一側，和雷射分束單元相對，數據處理單元，用於對數據採集系統中存儲的數據進行處理，得到燃燒流場速度，由於本發明基於分子吸收光譜，將燃氣組分濃度變化造成的雷射衰減脈動信號作為互相關分析的隨機信號實現互相關測速，使得本發明提供的發動機燃燒流場速度測量裝置以及方法僅需要雷射穿過待測燃燒流場既可獲得相關數據，具有結構簡單、非接觸式、靈敏度高的優點。
【專利說明】基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於流場速度測試領域，具體涉及一種基於分子吸收光譜的發動機燃燒流 場速度測量裝置與方法。
【背景技術】
[0002] 在航空發動機、火箭發動機等以碳氫化合物為燃料的發動機燃燒流場中，流場速 度是分析燃燒狀態、評價發動機性能的重要參數之一。但是由於流場速度和氣流溫度較高， 且燃燒、多相流動、傳熱與傳質過程十分複雜，給測量帶來了很多困難。
[0003] 目前，常用的發動機燃燒流場速度的測量方法為侵入式測量方法和圖像測量法。 侵入式測量方法將測試部件置於流場中，不僅易幹擾流場，甚至會造成流場的改變，並且結 果通常需要進一步修正，精度不高；圖像測量法通常需對流場加入示蹤粒子，而對於發動機 燃燒流場來說，在流場中均勻加入示蹤粒子較為困難，同時示蹤粒子圖像易被很強的燃燒 火焰信號所湮沒，且示蹤粒子也會影響燃燒。
【發明內容】
[0004] 本發明是為解決上述問題而進行的，基於分子吸收光譜，以燃燒流場中燃氣組分 濃度變化造成的雷射光強變化作為脈動信號，通過上下遊兩束雷射的脈動信號的互相關分 析，獲得互相關渡越時間，並結合兩束雷射的間距，計算燃燒流場速度測量，提供了一種非 接觸式基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置與方法，實現高溫高速燃燒流場 的速度測量，進一步提高現有流場速度測量裝置的簡易度，同時提高測量靈敏度。
[0005] 本發明採用了如下技術方案：
[0006] 本發明提供的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，用於測量發動 機燃燒流場中的流場速度，具有這樣的特徵，包括：雷射設定單元，用於設定雷射器的工作 波長和強度；雷射分束單元，位於發動機燃燒流場一側，包括將雷射設定單元輸出的雷射分 成兩束的雷射分束器；測量單元，位於發動機燃燒流場另一側，和雷射分束單元相對，包括 兩個接收雷射分束單元輸出的兩束雷射經待測燃燒流場後的透射光雷射探測器；以及數據 處理單元，對探測單元的信號進行處理，得到燃燒流場速度。
[0007] 本發明提供的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，還可讓具有這 樣的特徵，還包括：數據採集系統，用於記錄保存測量單元的雷射光強信號以及數據處理單 元的處理結果。
[0008] 本發明提供的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，還可讓具有這 樣的特徵：雷射設定單元和雷射分束單元通過光纖連接。
[0009] 本發明提供的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，還可讓具有這 樣的特徵：雷射分束單元還包括兩個準直器，雷射分束器連接，用於將雷射分束器分出的兩 束光以垂直於流場方向且沿流場軸向平行排列的方式輸出。
[0010] 進一步的，本發明還提供了一種基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方 法，其特徵在於，包括以下步驟：
[0011] 步驟1，雷射設定單元將雷射器工作波長調製到選定的燃氣組分分子吸收譜線，t匕 如 H2O 分子的 7185. 597CHT1、7168. 437CHT1 等；
[0012] 步驟2,雷射分束單元將雷射設定單元輸出的雷射分成在沿待測燃燒流場軸向平 行排列的兩束，並將兩束雷射垂直入射待測發動機燃燒流場，透射光由對面的雷射探測單 元接收；
[0013] 步驟3,數據處理單元對探測單元的信號進行處理，得到燃燒流場速度。
[0014] 本發明提供的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方法，還可讓具有這 樣的特徵：數據處理單元將兩個雷射透射信號作為互相關分析的隨機信號x(t)和y(t)，開 展兩信號的互相關函數分析：
【權利要求】
1. 一種基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，用於測量發動機燃燒流場 中的流場速度，其特徵在於，包括： 雷射設定單元，用於設定雷射器的工作波長和強度； 雷射分束單元，位於所述發動機燃燒流場一側，包括將所述雷射設定單元輸出的雷射 分成兩束的雷射分束器； 測量單元，位於所述發動機燃燒流場另一側，和所述雷射分束單元相對，包括兩個接收 所述雷射分束單元輸出的兩束雷射經待測燃燒流場後的透射光雷射探測器； W及數據處理單元，對所述探測單元的信號進行處理，得到燃燒流場速度。
2. 根據權利要求1所述的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，其特徵 在於，還包括： 數據採集系統，用於記錄保存所述測量單元的雷射光強信號W及所述數據處理單元的 處理結果。
3. 根據權利要求1所述的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，其特徵 在於： 其中，所述雷射設定單元和所述雷射分束單元通過光纖連接。
4. 根據權利要求1所述的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量裝置，其特徵 在於： 其中，所述雷射分束單元還包括兩個準直器，所述準直器和所述雷射分束器連接，用於 將所述雷射分束器分出的兩束光W垂直於流場方向且沿流場軸向平行排列的方式輸出。
5. -種基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方法，其特徵在於，包括W下步 驟： 步驟1，雷射設定單元將雷射器工作波長調製到選定的燃氣組分分子吸收譜線； 步驟2,雷射分束單元將所述雷射設定單元輸出的雷射分成在空間互相平行的兩束，並 將所述兩束雷射垂直入射待測發動機燃燒流場，透射光由對面的雷射探測單元接收； 步驟3,數據處理單元對所述探測單元的信號進行處理，得到燃燒流場速度。
6. 根據權利要求5所述的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方法，其特徵 在於： 其中，所述數據處理單元將兩個雷射透射信號作為互相關分析的隨機信號x(t)和 y (t)，開展兩信號的互相關函數分析：
並求得信號渡越時間T。， 其中，T為積分平均時間，X為時間變量。
7. 根據權利要求6所述的基於分子吸收光譜的發動機燃燒流場速度測量方法，其特徵 在於： 其中，所述燃燒流場速度的計算方法為；Vwg = d/ X。，其中d為兩束雷射之間的距離。
【文檔編號】G01P5/26GK104391132SQ201410657740
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】楊斌, 蔡小舒, 楊薈楠, 桂欣揚, 姜勇俊, 黃斌 申請人:上海理工大學