发动机燃烧室燃烧效率测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种发动机燃烧室燃烧效率测量方法及其测量装置，该方法包括以下步骤：步骤S100：采用二维重建算法二维分布测量燃烧室中至少两个横截面处流场的温度和组分浓度；步骤S200：通过安装在发动机燃烧室内的多个测速探头组，获取来流的位移光电信号，根据位移光电信号采用多普勒频移测量流场速度；步骤S300：根据流场的温度、组分浓度和流场速度计算燃烧室任意两横截面之间燃烧产物的质量流量差值，根据质量流量差值计算发动机的燃烧效率。该方法适用于测量非均匀流场的测量。本发明专利技术的又一方面还提供了该方法用测量装置。

Combustion efficiency measuring device for engine combustor and measuring method thereof

The invention discloses a method for measuring combustion efficiency of an engine combustor and a measuring device thereof. The method comprises the following steps: measuring the temperature and component concentration of the flow field at least two cross-sections in the combustor by using a two-dimensional reconstruction algorithm with a two-dimensional distribution; and Velocity measuring probe group, get the displacement photoelectric signal of incoming flow, use Doppler frequency shift to measure the velocity of flow field according to the displacement photoelectric signal; The combustion efficiency. The method is suitable for measuring non-uniform flow field. Another aspect of the invention also provides a measuring device for the method.

【技术实现步骤摘要】
发动机燃烧室燃烧效率测量装置及其测量方法
本专利技术涉及一种发动机燃烧室燃烧效率测量装置及其测量方法，属于光学流场诊断领域。
技术介绍
燃烧效率可用于表征燃烧是否燃烧完全，是评估燃烧室性能的重要参数之一。通过测量燃烧室出口处燃烧产物的质量流量和燃烧室入口处截面燃烧产物质量流量的差值，与燃料完全转化为燃烧产物的质量流量进行对比，从而得到燃烧室的燃烧效率。在实际燃烧流场中，由于化学反应、流动混合的存在，使得燃烧流场中垂直流道方向的温度分布不均匀，仅依据单点温度不能反映流场的内部信息，无法准确计算实际流场的燃烧效率。采用传统的侵入式探针、测量耙等设备虽然可以实现对流场温度分布的测量，但探入流场内的探测装置会严重干扰流场。但是现有发动机燃烧室燃烧效率测量方法，仍然主要依靠设置探头对流场进行测量，而且现有燃烧效率侧方法要么将燃烧室内的流场视为均匀流场；要么仅仅做了燃烧室出口处的气体参数的二维分布研究，均未对非均匀流场的燃烧效率提供可实施的测量方法。同时现有测量方法还存在：不适用于超声速气流参数；仅适用于实验室环境下等问题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种可用于发动机燃烧性能评估的发动机燃烧室燃烧效率测量方法，该方法将燃烧流场视为非均匀流场并对燃烧效率做出评估，该方法适用于测量非均匀流场的测量。所述发动机燃烧室燃烧效率测量方法，包括以下步骤：步骤S100：多个温度浓度测量探头组阵列排布于所述燃烧室中至少两个横截面内获取来流二维分布的光电信号，根据所述光电信号采用可调谐半导体激光吸收光谱法，计算所述横截面内流场温度和组分浓度的二维分布；步骤S200：通过安装在所述发动机燃烧室至少两个横截面内的多个测速探头组，获取所述来流的位移光电信号，根据所述位移光电信号采用多普勒频移测量流场速度；步骤S300：根据所述流场的温度、组分浓度和所述流场速度计算所述燃烧室任意两横截面之间燃烧产物的质量流量差值，根据所述质量流量差值计算所述发动机的燃烧效率。优选的，所述步骤S100包括以下步骤：步骤S110：多个温度浓度测量探头组阵列排布后将所述横截面f(x,y)离散分割成N个二维网格，并假设在所述二维网格内气体温度、组分浓度、压强保持不变；步骤S120：所述温度浓度测量接收探头获得各所述二维网格内的所述光电信号，按下式计算所述横截面内吸收光谱的吸收面积；式中，α为光谱吸收率信号，P为气体总压，χ为待测气体组分浓度，S(T)为所用谱线ν在温度T时的谱线强度，L为激光束穿过被测流场的长度；步骤S130：求解式(1)得到所述横截面内所述流场温度和所述组分浓度的二维分布。可选的，所述式(1)求解包括离散式(1)后采用代数迭代算法求解的步骤。可选的，所述温度浓度测量探头组包括相互光路连接的温度浓度测量发射探头和温度浓度测量接收探头，所述温度浓度测量发射探头发射激光穿过所述横截面流场后被所述温度浓度测量接收探头接收。优选的，所述步骤S200包括以下步骤：步骤S210：所述测速探头组包括相互之间光路连接的测速发射探头和测速接收探头，第i组所述测速探头组和第i+1组所述测速探头组相邻并沿所述流场来流方向间隔排布，第i组中所述测速发射探头发射激光被第i+1组中所述测速接收探头接收，第i+1组中所述测速发射探头发射激光被第i组中所述测速接收探头接收，第i组所述测速发射探头发射激光和第i+1组中所述测速发射探头发射激光所成夹角为2θ，i为任意正整数；步骤S220：测量各束所述测速发射探头发射顺来流方向激光束和逆来流方向激光束吸收光谱的中心频率，计算第i组中所述测速发射探头发射激光与第i+1组中所述测速发射探头发射激光的中心频差；步骤S230：根据所述中心频差计算得到第i组所述测速探头处的流场速度，以及第i+1组所述测速探头组处的流场速度。优选的，所述步骤S300包括以下步骤：步骤S310：计算所述燃烧室任两横截面上燃烧产物的质量流量：步骤S320：计算所述燃烧室任两横截面上燃烧产物的质量流量差值，根据式(9)计算燃烧室燃烧效率η：式中，为所述质量流量差值，为燃料全部转化为燃烧产物后的质量流量。可选的，所述燃烧室的至少两个横截面为所述燃烧室的来流端和出气端。本专利技术的又一方面公开了一种发动机燃烧室燃烧效率的测量装置，包括：激光入射光路、燃烧室和光电信号转换器；所述燃烧室：包括多个测速探头组和多个温度浓度测量探头组；所述测速探头组分别安装于所述燃烧室的至少两个横截面上；所述测速探头组与所述激光入射光路光路连接，并与所述光电信号转换器数据连接；所述温度浓度测量探头组与所述激光入射光路光路连接，并与所述光电信号转换器数据连接；所述温度浓度测量探头组分别安装于所述燃烧室的至少两个横截面上的内壁上，并在所述燃烧室的至少两个横截面上阵列排布，将所述燃烧室的至少两个横截面均分割为多个二维网格。可选的，所述测速探头组包括相互之间光路连接的测速发射探头和测速接收探头，所述测速发射探头与所述激光入射光路光路连接；所述测速接收探头与所述光电信号转换器数据连接。可选的，所述温度浓度测量探头组包括相互光路连接的温度浓度测量发射探头和温度浓度测量接收探头，所述温度浓度测量发射探头与所述激光入射光路光路连接；所述温度浓度测量接收探头与所述光电信号转换器数据连接。可选的，所述燃烧室的至少两个横截面为所述燃烧室的来流端和出气端。可选的，所述测速发射探头包括相邻且沿来流方向间隔排布的第i个测速发射探头和第i+1个测速发射探头；所述测速接收探头包括相邻且沿来流方向间隔排布的第i个测速接收探头和第i+1个测速接收探头；所述第i个测速发射探头与所述第i+1个测速接收探头光路连接；所述第i+1个测速发射探头与所述第i个测速接收探头光路连接。可选的，连接所述第i个温度浓度测量发射探头与所述第i+1个温度浓度测量接收探头的光路与所述第i+1个温度浓度测量发射探头与所述第i个温度浓度测量接收探头连接的光路夹角为2θ范围为10～45°。可选的，所述激光入射光路包括激光器和分束器，所述激光器与所述分束器光路连接，所述分束器分别与所述测速探头组和所述温度浓度测量组光路连接。可选的，所述激光入射光路还包括激光控制器，所述激光控制器与所述激光器控制连接。本专利技术的有益效果包括但不限于：(1)本专利技术所提供的发动机燃烧室燃烧效率的测量方法，利用激光吸收光谱断层诊断技术(TDLAT)获得被测截面气体参数的二维分布，同时利用多普勒频移原理测量顺气流方向和逆气流方向，吸收光谱的中心频率差值，进而计算得到燃烧室入口和出口截面燃烧产物的质量流量变化。通过与燃料完全转化为燃烧产物的质量流量进行对比，从而实现对燃烧室燃烧效率的测量。(2)本专利技术所提供的发动机燃烧室燃烧效率的测量方法，将燃烧室入口和出口截面视为非均匀分布流场，可以有效测量燃烧室燃烧产物的质量流量，尤其适用于超燃发动机、亚燃发动机和内燃机等多种发动机燃烧效率测量。该方法可用于二维测量燃烧场入口、出口截面温度以及各组分浓度。(3)本专利技术所提供的发动机燃烧室燃烧效率的测量方法，通过光学测量手段，避免使用需伸入流程内的探测装置，在不干扰被测流场的情况下，实现对被测流场参数的二维分布测量。(4)本专利技术所提供的发动机燃烧室燃烧效率的测量方法，在测量入口和出口气体温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：多个温度浓度测量探头组阵列排布于所述燃烧室中至少两个横截面内获取来流二维分布的光电信号，根据所述光电信号采用可调谐半导体激光吸收光谱法，计算所述横截面内流场温度和组分浓度的二维分布；步骤S200：通过安装在所述发动机燃烧室至少两个横截面内的多个测速探头组，获取所述来流的位移光电信号，根据所述位移光电信号采用多普勒频移测量流场速度；步骤S300：根据所述流场的温度、组分浓度和所述流场速度计算所述燃烧室任意两横截面之间燃烧产物的质量流量差值，根据所述质量流量差值计算所述发动机的燃烧效率。

【技术特征摘要】
1.一种发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：多个温度浓度测量探头组阵列排布于所述燃烧室中至少两个横截面内获取来流二维分布的光电信号，根据所述光电信号采用可调谐半导体激光吸收光谱法，计算所述横截面内流场温度和组分浓度的二维分布；步骤S200：通过安装在所述发动机燃烧室至少两个横截面内的多个测速探头组，获取所述来流的位移光电信号，根据所述位移光电信号采用多普勒频移测量流场速度；步骤S300：根据所述流场的温度、组分浓度和所述流场速度计算所述燃烧室任意两横截面之间燃烧产物的质量流量差值，根据所述质量流量差值计算所述发动机的燃烧效率。2.根据权利要求1所述的发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：步骤S110：多个温度浓度测量探头组阵列排布后将所述横截面f(x,y)离散分割成N个二维网格，并假设在所述二维网格内气体温度、组分浓度、压强保持不变；步骤S120：所述温度浓度测量接收探头获得各所述二维网格内的所述光电信号，按下式计算所述横截面内吸收光谱的吸收面积；式中，α为光谱吸收率信号，P为气体总压，χ为待测气体组分浓度，S(T)为所用谱线ν在温度T时的谱线强度，L为激光束穿过被测流场的长度；步骤S130：求解式(1)得到所述横截面内所述流场温度和所述组分浓度的二维分布；优选的，所述步骤S200包括以下步骤：步骤S210：所述测速探头组包括相互之间光路连接的测速发射探头和测速接收探头，第i组所述测速探头组和第i+1组所述测速探头组相邻并沿所述流场来流方向间隔排布，第i组中所述测速发射探头发射激光被第i+1组中所述测速接收探头接收，第i+1组中所述测速发射探头发射激光被第i组中所述测速接收探头接收，第i组所述测速发射探头发射激光和第i+1组中所述测速发射探头发射激光所成夹角为2θ，i为任意正整数；步骤S220：测量各束所述测速发射探头发射顺来流方向激光束和逆来流方向激光束吸收光谱的中心频率，计算第i组中所述测速发射探头发射激光与第i+1组中所述测速发射探头发射激光的中心频差；步骤S230：根据所述中心频差计算得到第i组所述测速探头处的流场速度，以及第i+1组所述测速探头组处的流场速度；优选的，所述步骤S300包括以下步骤：步骤S310：计算所述燃烧室任两横截面上燃烧产物的质量流量：步骤S320：计算所述燃烧室任两横截面上燃烧产物的质量流量差值，根据式(9)计算燃烧室燃烧效率η：式中，为所述质量流量差值，为燃料全部转化为燃烧产物后的质量流量；优选的，所述燃烧室的至少两个横截面为所述燃烧室的来流端和出气端。3.根据权利要求2所述的发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋俊玲，王广宇，饶伟，冯高平，王明东，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11