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能源动力研究中心激光诊断平台介绍

导读: 平面激光诱导荧光方法是随着大功率激光器和电荷耦合器(CCD)技术的发展,在激光诱导荧光(LIF)方法的基础上衍生出来的,是最新的燃烧测试技术之一。

  经过多年不断的升级和完善,能源动力研究中心激光诊断平台由最初的一台二维激光多普勒测量仪,至目前已组建形成平面激光诱导荧光系统(PLIF),三维粒子成像测速系统(SPIV),三维激光相位多普勒测量系统(3D-PDA)为主体的流场/燃烧场多功能激光诊断测量平台,实现了速度场、浓度场、温度场、喷雾几何特征、粒径分布等方面的定性、定量及可视化测量。

  平面激光诱导荧光(Planner Laser Induced Fluorescence, PLIF)方法是随着大功率激光器和电荷耦合器(CCD)技术的发展,在激光诱导荧光(LIF)方法的基础上衍生出来的,是最新的燃烧测试技术之一。其基本原理是火焰中痕量组分的分子或原子在入射激光的作用下由低能态跃迁到高能态,能态之差与入射光波长共振,以达到在高能态聚居的最高效率,为获得高强度的荧光信号提供前提,随后部分粒子从受激的高能态回落到另外的低能态,而不是初始能态,从而辐射出波长不同于入射光的荧光,使流场可视化。能够诱导荧光的痕量组分有OH、NO、O2、CnHm、H2、H2O和NO2等,它们是火焰化学反应中极为活跃和重要的因素。一般情况下,荧光的强度与温度、压力、组分浓度以及一些已知的实验参数有关,通过采取适当措施,可以使荧光强度仅与组分浓度相关联,实现浓度场的定量测量。另外可以利用粒子从受激能态向低能态回落与温度的相关性,通过比较两个单脉冲激光诱导的荧光强度实现温度测量。由于光与物质相互作用发生的时间非常短暂,激光诱导荧光方法具有很高的灵敏度。与喇曼散射和瑞利散射相比,激光诱导荧光的信号强度要高出5~15个数量级,这样更有利于火焰信息的捕捉、量化。

平面激光诱导荧光测量系统(PLIF)

图1 平面激光诱导荧光测量系统(PLIF)

  本套PLIF系统中YAG激光器最高能量为250mJ,染料激光器的能量为10mJ,相机分辨率为1600×1200,图像采集频率为10Hz,可根据测量对象选择对应的染料,获取OH、NO等燃烧自由基组分的浓度场、温度场。

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