本发明专利技术提供一种用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，包括设于激波管实验平台的激波管的侧壁上的纹影视窗、设于纹影视窗的两侧的一对主镜，设于主镜的光路上游的高频LED光源、设于主镜的光路下游的高速相机，以及与高频LED光源、高速相机均相连的数字延时发生器。本发明专利技术还提供相应的测量方法。本发明专利技术的测量装置包括与LED光源与高速相机相连的信号触发系统，使得光源闪光频率与高速相机拍摄频率同步，从而可以实现对于爆燃波传播的全过程捕捉。本发明专利技术组成简单，操作性好，降低了纹影实验中对于高速爆燃波的捕捉难度。实验中对于高速爆燃波的捕捉难度。实验中对于高速爆燃波的捕捉难度。
【技术实现步骤摘要】
用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置及方法
[0001]本专利技术属于爆燃实验
，具体涉及一种用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置与方法。
技术介绍
[0002]爆燃波是一种以亚音速传播的燃烧波。在日常工业生产安全、动力推进领域都有着广泛应用。爆燃由于其强不稳定性，易经过DDT(爆燃转爆轰)过程转捩为爆轰从而在燃烧领域、爆轰物理学领域成为研究热点。爆燃波的组成可以简述为前导冲击波
‑
诱导区
‑
火焰面这样一个耦合结构。一般情况下，随着火焰的自加速，前导冲击波会由于燃烧速率的加快，释热的增加导致强度不断变强，从而进一步提高诱导区的压力和温度，使其变得更易于燃烧，随着火焰逐渐加速追赶上前导冲击波，二者重合后，就会使得爆燃转捩为爆轰。因此，研究爆燃波的传播特性以及其结构变化，提高对可燃气体爆燃危害的评估防范能力，或加以利用实现动力推进领域内的技术革新，有着非常重要的科学意义和应用价值。
[0003]现阶段，对于爆燃现象的研究主要以数据测量方法和烟迹法为主。其中数据测量方法主要包括压力信号测量和光信号测量。相关的代表产品有美国爱迪赛恩公司的PREWAQ型爆炸压力波测试装置。其主要利用光纤接受光信号测定燃烧波速度，其价格一般比较昂贵，且使用寿命较短。烟迹法其主要原理是通过燃烧波通过附着有薄碳颗粒表层时会带动碳粒运动留下运动轨迹的原理从而对爆燃/爆轰传播状态的回溯。
[0004]现有技术的缺点在于：数据测量方法缺少了对于爆燃波传播过程中其演化形态的直观认知，仅能通过捕获到的实时压力/光信号来复现爆燃波传播过程中的状态变化；烟迹法同样如此，通过对燃烧波传播过程中在烟熏箔上留下的特定结构“胞格”形态来分析燃烧波在传播过程的形态演变。以上方法均无法对实时的爆燃波传播过程获得直接认知。
[0005]纹影技术作为传统的流动动力学可视化研究方法，在爆燃波的研究中也较为经常使用，但DDT(爆燃转捩爆轰)过程发展迅速，在几个微秒内即已完成，因此对于拍摄过程中时间的精确控制要求较高。国内外一般使用高频的激光器搭配使用，但激光器价格昂贵也较为笨重；而采取白炽灯作为光源仅适用于低速火焰波传播的可视化，火焰传播速度多在100m/s左右，而对于高速爆燃波，尤其是火焰传播速度在500m/s以上时，白炽灯作为光源会造成相机过度曝光，拍摄效果不佳。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置及方法，以实现对于爆燃波传播的全过程捕捉，且保证图像清晰。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，其安装于一激波管实验平台上，所述激波管实验平台包括激波管，以及安装于激波管上的气路控制系统、点火系统和数据采集系统，所述测量装置包括设于激波管实验平台的激波管的侧壁上的纹影视窗、设于纹影视窗的两侧的一对主镜，设于所述主镜的光路
上游的高频LED光源、设于所述主镜的光路下游的高速相机，以及与所述高频LED光源、高速相机均相连的数字延时发生器。
[0008]所述点火系统包括安装在激波管一端的点火头以及与点火头相连的脉冲点火器。
[0009]所述气路控制系统通过开设在激波管上的进出气接口与激波管相连，气路控制系统包括与进出气接口相连的气路控制面板、以及与气路控制面板相连的燃料瓶、氧化剂高压气瓶、混气罐和真空泵，所述燃料瓶、氧化剂高压气瓶、混气罐和真空泵均与所述气路控制面板连接。
[0010]所述数据采集系统包括等间距地安装于激波管的长度方向上的压力传感器和离子探针，压力传感器和离子探针一一对应，对应的压力传感器和离子探针彼此同截面安装。
[0011]所述压力传感器和离子探针均与一数据采集硬件相连。
[0012]所述数字延时发生器与位于纹影视窗前方的一个离子探针相连，或者与一时序控制板相连。
[0013]所述高频LED光源设置为发射一路LED光，沿所述LED光的光路依次排布有凸面镜、狭缝、第一反射镜、所述主镜、第二反射镜、刀口和所述高速相机。
[0014]另一方面，本专利技术提供一种用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量方法，包括：
[0015]S1：在激波管实验平台上搭建根据上文所述的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置；
[0016]S2：在保证激波管气密性良好的前提下，采用气路控制系统将激波管抽至真空状态随后注入燃料
‑
氧化剂混合气体；
[0017]S3：在数字延时发生器上设置高频LED光源的曝光时间与高速相机的闪光时间同时开始和结束；
[0018]S4：触发点火系统，随后向高频LED光源和高速相机发送触发信号以开始激波管点爆实验；同时，采用高速相机采集和储存数据。
[0019]所述步骤S3还包括：打开高频LED光源、高速相机和数据采集系统并使其均处于待机状态。
[0020]所述数字延时发生器与位于纹影视窗前方的一个离子探针相连，且在所述步骤S4中，数字延时发生器通过接收纹影视窗前方的所述离子探针所捕获的火焰信号后经过一固定延时，来向高频LED光源和高速相机发送触发信号。
[0021]本专利技术的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置包括与LED光源与高速相机相连的信号触发系统，使得光源闪光频率与高速相机拍摄频率同步，从而可以通过同步相应的高频LED光源和高速相机拍摄不同发展阶段的爆燃波传播过程，实现对于爆燃波传播的全过程捕捉；同时高频LED光源的峰值频率为20000Hz
‑
200000Hz，可以保证在高速相机下不会出现过度曝光的情况导致图像模糊的问题，可以精确捕获传播速度在500m/s及以上的高速爆燃波传播状态和特性。
[0022]此外，本专利技术的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置将数字延时发生器55与纹影视窗51前的离子探针42相连，从而由纹影视窗51前的离子探针42经数字延时发生器55控制高频LED光源53和高速相机54同步启动和工作，可以更为灵活的拍摄不同发展阶段的爆燃波传播过程。因此，本专利技术组成简单，操作性好，降低了纹影实验中对于高速
爆燃波的捕捉难度。本专利技术可应用于可燃气体高速爆燃波传播演化过程的测量，在针对爆轰动力学，燃烧动力学以及流体动力学的可视化研究中有广泛的应用前景。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置所在的激波管实验系统的结构示意图。
[0024]图2是根据本专利技术的一个实施例的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置的连接示意图。
[0025]图3是如图2所示的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置所采用的高频LED光源和高速相机的触发信号同步示意图。
[0026]图4是本专利技术的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置所获得爆燃波传播过程纹影图片。
具体实施方式
[0027]以下结合具体实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，其安装于一激波管实验平台上，所述激波管实验平台包括激波管(1)，以及安装于激波管(1)上的气路控制系统(2)、点火系统(3)和数据采集系统(4)，其特征在于，所述测量装置包括设于激波管实验平台的激波管(1)的侧壁上的纹影视窗(51)、设于纹影视窗(51)的两侧的一对主镜(52)，设于所述主镜(52)的光路上游的高频LED光源(53)、设于所述主镜(52)的光路下游的高速相机(54)，以及与所述高频LED光源(53)、高速相机(54)均相连的数字延时发生器(55)，高频LED光源(53)的峰值频率为20000Hz
‑
200000Hz。2.根据权利要求1所述的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，其特征在于，所述点火系统(3)包括安装在激波管一端的点火头(31)以及与点火头(31)相连的脉冲点火器(32)。3.根据权利要求1所述的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，其特征在于，所述气路控制系统(2)通过开设在激波管(1)上的进出气接口与激波管(1)相连，气路控制系统(2)包括与进出气接口相连的气路控制面板(20)、以及与气路控制面板(20)相连的燃料瓶(21)、氧化剂高压气瓶(22)、混气罐(23)和真空泵(24)，所述燃料瓶(21)、氧化剂高压气瓶(22)、混气罐(23)和真空泵(24)均与所述气路控制面板(20)连接。4.根据权利要求1所述的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，其特征在于，所述数据采集系统(4)包括等间距地安装于激波管的长度方向上的压力传感器(41)和离子探针(42)，压力传感器(41)和离子探针(42)一一对应，对应的压力传感器(41)和离子探针(42)彼此同截面安装。5.根据权利要求4所述的用于可视化高速爆燃波传播状态和特性的测量装置，其特征在于，所述压力传感器(41)和离子探针(42)均与一数据采集硬件(43)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张博，程俊，刘洪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。