本发明专利技术公开了一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法及装置，利用航空煤油中的芳香族化合物在波长为266nm的紫外光激发下能够发出红移的荧光信号，并且设计了激光能量在雾锥中衰减引起燃油空间分布测量误差的校正方案。其特征在于可以快速准确的测量燃油雾锥中液滴的空间分布，具有不干扰流场的优点，可以得到瞬态和时间平均结果，解决了燃油累积法只能测量平均结果的不足。本发明专利技术的燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法可以用于航空发动机或内燃机燃油喷嘴雾锥中液滴空间分布特性的测量，对于不含荧光组分的燃油，需添加示踪剂。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法及装置，利用航空煤油中的芳香族化合物在波长为266nm的紫外光激发下能够发出红移的荧光信号，并且设计了激光能量在雾锥中衰减引起燃油空间分布测量误差的校正方案。其特征在于可以快速准确的测量燃油雾锥中液滴的空间分布，具有不干扰流场的优点，可以得到瞬态和时间平均结果，解决了燃油累积法只能测量平均结果的不足。本专利技术的燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法可以用于航空发动机或内燃机燃油喷嘴雾锥中液滴空间分布特性的测量，对于不含荧光组分的燃油，需添加示踪剂。【专利说明】一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法及装置
本专利技术涉及一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法及装置，尤其涉及一种利用RP-3航空煤油中的芳香族化合物在波长为266nm的紫外光激发时发出的荧光信号用于燃油空间分布测量的光学测试及误差校正技术。
技术介绍
发展先进的燃气轮机燃烧室技术主要依靠良好的雾化、空气和燃料快速并且均一的掺混，这种方式可以避免对燃烧性能、污染物排放和发动机寿命不利的条件出现。液滴平均粒径、粒径分布和燃油空间分布等雾化特性都对燃烧室的性能具有重要的影响。为提高燃烧效率、降低污染物排放和优化燃烧室出口温度分布，除保证液滴足够小使蒸发过程不是燃烧效率的决定因素外，燃烧室中燃料分布要均匀，因此雾锥燃油空间分布是雾化特性的一重要方面。人为的观察很难发现雾锥的非对称性，除非雾锥非对称性特别严重。因此，对于喷嘴的设计和雾化质量检测需要定量的分析燃油空间分布特性。雾锥中燃油的空间分布特性一般通过径向和周向分布不均匀度表示，其测量方法可以分为两大类:接触式的传统测量方法和非接触式的光学测量方法。燃油径向分布不均匀度传统的检测方法是在喷嘴下方沿径向等角度或等距离布置若干量筒，由量筒中的燃油高度得到燃油沿径向的分布。燃油周向分布不均匀度传统的检测方法是将喷嘴处于中心，喷嘴雾锥的下部周向分为若干扇形区域，一般为12或16个(见图1)，把每个扇形区域中的燃油分别收集到容器中，每个容器中燃油量的标准误差表示燃油周向分布不均匀度。虽然传统的检测方法可以给出燃油的空间分布特性，但介入式的传统方法中收集燃油容器的加工精度，对雾锥及周围空气流场的影响，以及燃油喷嘴的安装精度都对周向与径向分布均匀性有较大的影响，测量精度不高。传统的径向和周向两次测量经常产生较大的不重复性。另外，传统的检测方法只能测量一定时间区间内的平均值，不能测量燃油的瞬态分布。非介入式激光诊断方法的出现，解决了介入式方法对雾锥及流场影响的问题。用于流量显示、粒径和燃油分布测量的激光诊断技术包括粒子图像测速仪(PIV)、平面激光诱导荧光(PLIF)、相位多普勒粒子分析仪(PDPA)和平面激光散射方法(PLS)等。基于Lorenz-Mie散射理论的PLS方法已经在雾锥空间分布特性的测量中得到应用，但PLS方法在粒径小于50 μ m的局部区域，散射信号的强度大于实际的燃油质量分布，因此粒径小于50 μ m的局部区域，PLS方法测量的燃油质量分布偏大。PLIF方法基于燃油中添加的突光染料在一定波长的光照射时发出荧光，荧光信号的强度和粒径的立方成正比。但PLIF方法只能用于液滴浓度比较稀疏的雾锥，在液滴浓度较大雾锥中激光强度在测试区沿光程方向成指数减弱，导致沿光程测试区后部激光强度很弱，因此，沿光程测试区后部荧光信号很弱，引起燃油分布测量误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:为克服上述现有技术的缺点和不足，本专利技术采用燃油激光诱导荧光方法实现燃油喷嘴雾锥中液滴空间分布特性测量，设计了燃油分布光学测量试验方案和图像处理方案，并设计了激光能量在雾锥中衰减引起燃油分布测量误差的校正方案，提高了燃油分布光学测量的速度和精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案:一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法，所述燃油喷嘴喷射的燃油在其正下方形成雾锥，所述燃油中含有示踪组分，其特征在于，所述测量方法包括，一在所述燃油喷嘴的正下方一定距离处投射一激光片光源，所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴，所述雾锥在片光源的空间位置处的横截面构成一雾锥周向测试平面，或，所述片光源平行于所述雾锥的中心轴，所述雾锥在片光源的空间位置处的截面构成一雾锥轴向测试平面；—当所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴布置时，在所述雾锥周向测试平面的侧下方或侧上方布置一图像采集装置，并与所述雾锥周向测试平面成一定角度，所述图像采集装置采集所述雾锥周向测试平面中的燃油分布图像；当所述片光源平行于所述雾锥的中心轴布置时，垂直于所述轴向测试平面布置一图像采集装置，采集所述雾锥轴向测试截面的真实燃油分布图像；一所述图像采集装置的镜头前布置一滤光片，所述滤光片用以分离散射信号和荧光信号，使所述图像采集装置只采集荧光信号；一当所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴布置时，对燃油空间分布测量进行误差校正，校正因激光强度在雾锥的衰减给燃油分布质量测量所产生的误差，同时校正由于所述图像采集装置拍摄位置引起的雾锥周向测试平面中局部光程不同所产生的测量误差:完成一次测量后，保持图像采集装置和试验状态参数保持不变，将所述燃油喷嘴旋转180°进行第二次测量，将第二次测量得到的图像再以燃油喷嘴中心为原点旋转180°，并与第一次测量得到的图像合成为一张图像；-分析图像，确定液滴的空间分布情况。优选地，所述燃油采用国产RP-3航空煤油为工质，采用其它燃料为工质时需要添加示踪剂。优选地，所述图像采集装置为增强型CXD相机。优选地，所述增强型CXD相机包括依次连接的紫外镜头、图像增强器、CXD相机。进一步优选地，设置时间同步控制器同时向所述图像增强器和CCD相机发射TTL信号，控制所述图像增强器和CCD相机的快门打开时间。优选地，所述激光为波长为266nm的激发光。进一步优选地，所述片光源由YAG激光器发出的激光束通过激光导光臂进入片光源成型光学元件而形成，所述片光源的厚度约为 Imm0优选地，当所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴布置时，所述CCD相机采集到的所述雾锥周向测试平面中的燃油分布图像存在几何变形，通过图像几何校正得到所述雾锥周向测试平面的真实图像。优选地，当所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴布置时，所述CXD相机与所述雾锥周向测试平面成30-60度夹角。优选地，当所述片光源垂直于或平行于所述雾锥的中心轴布置时，需要进行背景校正，消除周围环境中的可见光对燃油空间分布测量的影响。在国内首次实现了 RP-3航空煤油-激光诱导荧光用于燃油喷嘴空间分布测量，并设计燃油分布测量误差校正方案，提高了测量精度。利用航空煤油中的芳香族化合物在紫外光照射下，芳香族化合物跃迁到激发态，随后衰减发出发生红移的荧光信号。设计了光学测量试验装置，片光源垂直于雾锥中心轴，相机位于测试平面的测下方，结合滤光片分离散射信号和突光信号，使增强型CCD相机只米集突光信号。在不同的相机门宽下,确定了最佳的激光器激光发射和相机快门打开的时间延迟dt,使突光信号产生的时间段在相机的门宽时间段之内，能保证采集到清晰的荧光信号图像。通过几何尺寸校正相机采集的几何变形的雾锥横截面图像，得到真实的雾锥横截面图像。通过在雾锥两侧分别入射激光进行两次测量，然后把第二次测量得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘存喜，刘富强，杨金虎，穆勇，徐纲，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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