第三届燃烧流场的光学诊断技术学术研讨会

燃烧过程复杂恶劣,对瞬态环境的实时诊断技术要求极其苛刻。燃烧流场的光学诊断技术主要是以激光技术、光谱技术、光电探测技术、数据图像处理技术等为基础的一种综合性测试诊断技术,可以实现燃烧场温度、组分及浓度、火焰构造和流速等参量信息的高时空分辨精确测量,而且测量对燃烧过程无扰动。这些参数的测量对于研究燃烧场的瞬态化学反应动力学过程,如固体推进剂燃烧动力学     

利用HITRAN数据库模拟计算乙炔火焰温度

在乙炔燃烧火焰中,OH的紫外发射谱在306.417 nm与306.821 nm处的发射峰(G0,G1)对温度变化非常敏感,通过分析OH发射谱特征能够获取关于火焰温度的信息.利用HITRAN提供的分子光谱数据库,模拟计算了OH在1000～3000K温度范围的发射光谱,分析了发射峰强度随温度变化的规律,得到温度与强度的经验关系式.测量了乙炔燃烧火焰的紫外辐射光谱,计算出乙炔燃烧火焰的温度.     

用实时全息法配合摄像机研究固体火箭推进剂的燃烧过程

本文采用实时全息法与摄像机相结合的方法来研究固体火箭推进剂的燃烧过程，记录速度为２５帧／秒，曝光快门速度最高可达１／２０００秒。成功率高，条纹清晰，对固体火箭推进剂燃烧器燃烧过程取得了有用的结果。此方法对研究快速变化过程提供了一种简易有效的手段。     

基于多CCD同步耦合的动态燃烧场三维辐射测温（特邀）

为满足燃烧场温度参量时空演化特征诊断的需求,提出了基于多CCD同步耦合的动态三维辐射测温方法。在多视线方向测量基础上,通过代数重建技术对燃烧场进行体素分割,根据Plank辐射定律采用标准黑体辐射源对光电信号的映射关系进行标定,利用比色法实现三维温度场表征。进一步在时间序列上控制多CCD相机来同步获取燃烧场不同视线方向的辐射信息,基于R、G通道内的灰度信息,对实验室蜡烛火焰与外场某型号固体火箭发动机试验器尾喷焰的瞬态燃烧场温度参量进行了测试。结果表明,在实验室内,蜡烛火焰温度分布范围为805.4~1280.8 K,使用热电偶进行时空点位验证,平均误差为3.8%,最大误差为4.36%;固体火箭发动机试验器尾喷焰最高温度为2125.7 K,经近红外测温仪验证,测试误差在8%以内。该研究能够在保证时间、空间分辨率的条件下对燃烧场的三维温度参量进行特征诊断,在航天测试领域,对固体火箭发动机的温度参量测量提供了一种有效的方法。     

基于激光吸收光谱技术在线测量燃烧场温度研究

燃烧场温度的测量对研究燃烧机理、提高燃烧效率、降低污染物排放等至关重要。利用水在1397.75 nm和1397.87 nm处两条邻近的吸收线,采用波长扫描直接吸收法实现了单台二极管激光器对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度的测量。并利用基于Labview语言的数据采集卡对信号进行采集和实时处理,从而能够实时在线地获得测量结果,在温度1750 K时标准测量不确定度为2.3%。分析了火焰边界层对测量结果的影响,结果表明燃烧场非均匀性对路径积分测量结果影响较大,且其测量结果不是路径积分算术平均值。     

基于层次化离散与残差网络的可调谐二极管激光吸收光谱层析成像

快速、准确、适用性强的重建算法是可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)的核心研究内容之一。现有算法一般取位于燃烧场中心的某局部区域作为感兴趣区域(RoI),利用整个燃烧场对激光束的光谱吸收值重建RoI这一局部区域内的气体参数分布。重建结果与实际情况存在一定偏差。针对这一问题,该文研究燃烧场的空间层次化离散方法,进而为TDLAT系统设计一种基于残差网络(ResNet)的层次化温度层析成像方案(HTT-ResNet)。该方案能够根据有限数量的光谱吸收测量值完整重建整个燃烧场的温度图像,并对计算资源与燃烧场不同空间区域的成像分辨率进行优化配置,着重实现RoI内温度分布的高空间分辨率成像。利用随机多模态高斯火焰模型与实际TDLAT系统测量数据进行的实验均表明,HTT-ResNet重建的温度图像能够准确定位火焰的空间位置、清晰描述燃烧场的温度分布。     

光谱测温法应用于转炉炼钢火焰测温

炉口火焰是在转炉炼钢过程中最重要的对炉内钢水温度和成分含量判定的一个重要依据。将炉口火焰光谱分为两部分频谱:背景光谱和原子发射光谱特征。假设背景光谱光强度补偿了特征原子的受激而产生的自吸或者自蚀光强度损失,基于火焰发射光谱(FES)原理和转炉炼钢过程中的火焰光谱,推导出特征原子光谱和强度与火焰温度之间的关系。结果表明,火焰发射光谱测温法所测得的温度与实际温度的误差能够在理想的范围内。     

H2/NF3燃烧火焰荧光光谱分析及温度分布测量

为了研究燃烧驱动DF/HF化学激光器燃烧室内H₂/NF₃(或D₂/NF₃)的混合燃烧特性,搭建了小型燃烧室平台。采用火焰荧光光谱法对燃烧室内H₂/NF₃燃烧火焰的形状和温度分布进行了测量和分析,光谱测量结果表明：在紫外可见光谱区域,H₂/NF₃燃烧火焰的自发光主要由N₂(B)、NF(b)、NH(A)等电子激发态分子的辐射跃迁产生,其中N₂(B)和NH(A)是燃烧过程中的关键物质成分,其发光强度可以很好地表征火焰燃烧的剧烈程度,可以用于定量测定燃烧火焰的长度;在近红外光谱区域,H₂/NF₃燃烧火焰自发光的光谱主要由HF(v)振动激发态分子的第一泛频振动转动跃迁谱带组成。利用HF(v=2→v=0)谱带的转动结构强度分布,结合电动平移台,给出了火焰温度沿气流方向的分布情况。考察了气体配比系数(NF₃与H     

固体推进剂火焰中OH基的激光感生荧光(LIF)二维图像

用Nd∶YAG激光器抽运染料激光器 ,激发固体推进剂火焰内OH基火焰中V″=0→V′=1跃迁 ,用CCD收集V′=0→V″=0 跃迁的非共振感生荧光 ,测量了固体推进剂火焰中OH基的二维分布情况。     

固体火箭推进剂激光分解测试方法的研究

本文是探索应用脉冲激光技术米研究固体火箭推进剂固相高速分解反应动力学的可能性。国内外目前研究推进剂的固相分解反应，大多使用DTA、DSC等热分析仪，这与推进剂燃烧时表面的升温速率相差甚远。脉冲激光则可以模拟燃烧时高的升温速率。另外脉冲激光瞬间使推进剂分解还可减少气体产物对固相反应的影响，为分别研究固相反应和气固反应提供了可能，从而为深入研究推进剂的燃烧机理提供一种新的有效的技术手段。     

一种测量固体火箭发动机羽焰温度的数据处理方法研究

针对连续测量固体火箭发动机羽焰温度的特点 ,提出了一种新的发射率假设模型 ,并在此基础上提出了一种新的多波长高温计的数据处理方法 ,即通过处理两个不同时刻多波长高温计的测量数据 ,由计算可同时获知两个时刻的真温及光谱发射率 .实验结果表明 ,其真温计算值与火箭发动机设计者提供的理论值之差在± 2 0K以内 ,说明该方法是解决固体火箭发动机羽焰温度测量的可行性方法     

导弹尾焰流场特性建模与仿真

导弹尾焰流场计算为尾焰红外辐射场计算提供基础数据。基于导弹尾焰流场的形成机理研究,根据燃烧理论、流体力学、气体动力学,考虑燃烧室内的燃烧化学反应建立尾焰流场计算的参数模型,结合Gambit 和Fluent 仿真软件计算获得速度、温度和压力等流场参数。在Fluent 中进行了2 000 次以上的迭代仿真运算得到了迭代残差小于1e-5的计算结果。速度场和压力场经对比分析均符合实际情况,温度场的计算误差为2%。结果表明:该计算方法可以客观描述尾焰流场的主要特征,快速仿真获得特定条件下的流场数据,为导弹尾焰红外特性的计算提供输入参数,提高尾焰的计算精度、节省尾焰的仿真时间。     

激光对固体推进剂点火形成的二次燃烧现象

利用反应性光声技术检测了Ｎｄ３＋：ＹＡＧ脉冲激光对固体推进剂点火的全过程。检测结果表明除激光作用时形成的一次燃烧外还存在非光支持的二次燃烧。     

发射药燃烧光谱测试技术

为了研究发射药的燃烧性能,利用全波段辐射计分别对单基、双基和改性双基发射药的燃烧光谱进行了测试。得到了3种发射药的燃烧光谱分布以及可见光和近红外的辐射强度;与单基和双基发射药相比,改性双基发射药在近红外波段辐射强度较小,因而燃烧温度也低,可降低对火炮身管的烧蚀;提出了可将燃烧光谱分析用于药剂鉴定的方法。     

固体推进剂燃烧驱动连续波CO_2气动激光工作特性的数值计算

配合所建立的固体推进剂燃烧驱动ＣＯ２气动激光实验系统，对固体推进剂燃气与高压空气的掺混特性和该种气动激光的工作特性进行了数值模拟计算，有助于获得较为理想的激光工作介质和较高的激光功率输出。     

固体发动机羽烟的激光透过率动态测试

文章分析了固体发动机羽烟对激光的衰减原理,提出了采用双光源透射法对固体发动 机羽烟透过率进行动态测试的方法,介绍了1064nm激光羽烟动态测试系统的结构和光电检测原理。经实验标定,测量误差达1%,通过现场测试表明,该系统满足了发展低特征信号推进剂研究的需要。     

激光等离子体产生条件的实验研究

用时间和空间分辨光谱诊断法研究了激光轰击Ｔｉ靶产生的等离子体发射光谱,测得了等离子体形成的时间,与理论符合很好;通过对不同背影气体压强环境中等离子体羽的飞行速度和电子温度的计算。讨论了背景气体在激诱导等离子体形成中的作用。     

气体高温辐射特性窄谱带模型参数库构建

不同推进剂火箭发动机尾焰中主要辐射气体组分不同,采用谱带模型法精确快速求解不同推进剂火箭发动机尾焰红外辐射特性,需要构建描述气体辐射特性的谱带参数数据库。提出了一种谱带参数库构建方法并开发了计算程序,以HITEMP2010数据库为基础构建了波数间隔5 cm-1、温度间隔100 K的CO2和H2O谱带模型参数库,通过与实验测量对比吸收系数分布特性、与逐线计算法对比透过率分布特性验证了所提出模型和开发程序的准确性;在此基础上,分别以HITEMP2010和HITRAN2012数据库为基础构建了辐射气体CO、OH、NO和NO2的谱带模型参数数据库,并结合逐线计算法对比分析了不同温度下、不同光学行程下透过率分布特性。