温度敏感涂料测量技术研究

温度敏感涂料(TSP)测量技术是多学科融合的非接触式光学测量方法体系，主要应用于风洞试验、流体机械内部流动测量以及需采取温度测控的电力与能源等领域，具有效率与效益高、测量面广、分辨率高和信息量大等突出特点，具有较广泛的应用范围和较深远的应用前景，是传统温度测量和热流测量手段的拓展和有益补充。项目研究以TSP技术的高速风洞应用为目标，从涂料特性研究与标定技术、高速风洞试验应用、图像后处理技术以及测量不确定因素及其影响程度分析等方面入手，建立起适于高速风洞的温度测量试验技术，通过对高速风洞中试验模型表面温度与热流分布定量测量和边界层转捩位置测定的应用，揭示高速，特别是超声速条件下复杂气动构型绕流流动现象与规律，为适应和推动国家航空技术的发展与进步提供有效的技术手段。

温度是风洞试验重要的气动参数之一，也是进行表面热流测量的基准量。以离散点及其阵列方式进行的常规温度测量存在着试验周期长、试验准备成本高、空间分辨率低、测量区域窄的缺陷，在薄壁模型和模型薄壁结构尤为突出。温度敏感涂料（Temperature sensitive Paint, TSP）测量技术是上世纪八十年代发展起来的多学科融合的物体表面温度分布非接触光学测量方法体系。该技术利用某些有机高分子受到特定波长的可见/紫外光照射后发射波长更长的可见光的光致发光现象及其强度随温度升高而降低的热猝熄效应，以喷涂方式在待测模型表面形成涂料薄层，通过涂料校准建立发光强度或发光寿命与表面温度间的定量关系（Arrhenius曲线），采集试验中模型表面涂层发光强度或发光寿命沿涂层表面的分布获得模型表面温度分布或热流分布。温度敏感涂料测量技术主要应用于风洞试验，兼有流动显示和流场定量测量双重功能，具有效率与效益高、测量面广、分辨率高、信息量大、测温精度较高等突出特点，能够弥补传统离散温度测量的缺陷与不足，与其它光学测量技术相比具有适用温度范围适中、准备过程简便和受环境影响小等优势，是传统温度测量和热流测量手段的拓展和有益补充。另外，作为横向通用技术，温度敏感涂料测量技术还可用于流体机械内部部件表面温度或热流分布的测量，也能用于电力能源等领域设施设备表面温度分布的测量。随着未来国产温度敏感涂料种类与性能的发展和提升，该项技术将愈加显现宽广而深远的应用前景。.本文对“温度敏感涂料测量技术研究”自然科学基金资助项目四年来的完成情况、关键技术及解决措施等进行了全面总结。通过基金项目支助，成功筛选出了发光效率较高的温敏高分子材料以及相容的高分子聚合物载体，建立了TSP/PSP喷涂间和喷涂工艺流程，研制了TSP/PSP校准系统和UV LED 激发光源，构建了TSP测量系统，建立和优化了适于不同风洞模型表面温度分布测量的TSP试验流程，开发了TSP涂料校准和风洞试验图像后处理软件，建立了TSP技术测量不确定度评定方法。对涂料的特性研究和TSP风洞试验验证表明：制备的TSP涂料稳定可靠、温度灵敏度高，喷涂工艺流程科学，试验流程规范可行，试验结果可信，实现了项目研究预期目标。.