煤油超声速燃烧局部当量比测量的LIBS诊断方法探索

发展一种基于激光诱导击穿光谱（LIBS）光谱的煤油燃料/空气局部当量比的光谱诊断技术，建立验证该光谱诊断技术准确性的实验平台，探索应用LIBS 进行煤油/空气超声速燃烧局部当量比诊断时涉及的基础问题。研究激光诱导的替代煤油燃料/空气光谱的谱线中C、H、O、N 特征发射谱线强度比同燃料/空气局部当量比的依赖关系。探索激光诱导.的替代煤油燃料/空气光谱中自由基（CN、OH、NO、C2、 CH）特征发射谱线强度比同局部当量比的相互关系。研究替代煤油燃料/空气在高压环境下LIBS 特征谱线线宽加宽机制以及特征谱线加宽对局部当量比测量精度的影响。利用标准燃烧设备验证此测量方法的准确性和适用性。将该方法在直联超声速实验台进行实际燃烧诊断应用，探索此方法在实际燃烧状况下应用可能面临的技术问题。

对于利用燃料同空气燃烧释放化学能量的吸气式动力系统来说，燃料的分布、它与空气的混合比例（即当量比）不仅决定着燃烧的总体效率，影响着燃烧过程中污染物的形成，对于燃烧的着火、传播和稳定等过程也至关重要。对于在超声速气流内进行快速化学反应的吸气式高速动力系统来说，在燃烧室保持合适的局部燃料/空气当量比更是件关键性的重要工作。本研究针对燃烧研究中诊断技术的需要,发展一种基于激光诱导击穿光谱（LIBS）的煤油燃料/空气局部当量比的光谱诊断技术。首先，建立验证该光谱诊断技术准确性的实验平台，探索应用LIBS 进行煤油/空气超声速燃烧局部当量比诊断时涉及的基础问题。利用所建立的实验平台了，研究激光诱导的代煤油燃料/空气光谱的谱线中C、H、O、N 特征发射谱线强度比同燃料/空气局部当量比的依赖关系。发现了确定了不同气压下煤油/空气混合气体中燃料和空气当量比数值与LIBS中的H/O和H/N原子发射光谱相对强度比之间的对应关系，得到了定标直线斜率随压强的变化规律，并且研究得到了压强变化对Hα谱线半高宽的影响，解决了待测区域压强测量等在线测量时可能涉及到的问题，为下一步在线定量测量大分子复杂燃料系统的燃烧过程中燃料的局部当量比提供了必要的前提实验数据和经验。相关研究结果已经发表于国际刊物,同时在本项目执行期间,培养了多名博士硕士研究生。