复杂燃烧场OH-PLIF诊断关键技术研究

Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF) is important and useful for combustion diagnostics because of its excellent characteristics such as powerful measurement, no intrusion, high resolving power and visualization. In the firebox of aero engine and scramjet the flame and flow are complex. Further, the fluorescence of OH become weaker and different by quenching with high pressure and temperature. In order to build a set of useful OH-PLIF system for complex flame, we will study the theory of PLIF and analyze the spectroscopy of the OH-molecule with high pressure. We will build a high pressure gaseous burner for calibrating the fluorescence image to measure the absolute concentration of OH in the flame quantificationally. The two pulse PLIF system will be set up and used to measure the 2-D temperature field. This project will increase the ability and level of combustion diagnostics. The precise instrument will be helpful for the research on aero engine and scramjet.

平面激光诱导荧光(PLIF)技术是燃烧场诊断的重要方法和有效手段，因其测量信息丰富、非接触无扰动、高时空分辨率、直观可视等优点，迅速在燃烧学领域的众多研究方向上展示出了广阔的应用前景。根据航空发动机和超音速燃烧冲压发动机等重要研究项目中复杂燃烧场诊断的需要，本项目拟从理论计算和实验技术研究出发对OH-PLIF技术进行基础性研究，设计制作能够模拟测量环境和工况的高压火焰炉用于荧光标定，开发和搭建双激发PLIF系统，优化测量方法，解决复杂流场条件下OH自由基浓度定量测量和燃烧场瞬态测温的技术难点，提升国内燃烧场诊断的水平和能力，为航空发动机和超燃冲压发动机研究提供高精度的测量手段。

本项目针对复杂燃烧场OH-PLIF诊断关键技术开展了深入而细致的研究。通过对该诊断物理过程中各个环节和机理进行了理论分析和建模，特别是淬灭效应以及振转能级间的能量转移、谱线展宽，对复杂燃烧流场中OH-LIF的荧光产额进行了评估，进一步提升工程应用中PLIF的测量精度以及实现OH-PLIF定量测量可行性；搭建了一套双激发激光诱导荧光系统，发展了燃烧场二维OH-PLIF瞬态测温技术以及标定方法，并在某脉冲燃烧设备上对超音速燃烧流场进行了诊断应用，为某发动机研制提供了有效的试验数据；发展了基于直接吸收以及光腔衰荡的燃烧场中自由基定量测量方法，为下一步更多基础光谱数据的获取以及复杂环境下OH-PLIF的标定和定量提供有力支持；针对复杂燃烧场（高压）中光谱诊断技术精细化发展的技术需求，研制了高压基础燃烧设备，并开展了高压条件（1-10atm）下层流预混火焰OH-LIF测量工作，获取了重要的基础光谱数据用于修正理论模型。本项目研究成果对于复杂燃烧场光谱诊断技术基础研究、燃烧化学反应动力学、基础湍流燃烧以及航空航天动力系统研制有着重要的推动作用。