基于PL I F技術(shù)的氣膜行為診斷技術(shù).pdf

1、近年來，燃?xì)廨啓C(jī)不斷發(fā)展，在航空、發(fā)電、工業(yè)等方面均有著非常廣泛的應(yīng)用，對現(xiàn)代交通、軍事等有著深遠(yuǎn)的影響。燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，目前已成為衡量國家科技水平和綜合實(shí)力的重要指標(biāo)。
　　冷卻技術(shù)已經(jīng)成為燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，對氣膜冷卻技術(shù)的研究，推動(dòng)了燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展。氣膜冷卻的研究主要包括實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩方面，氣膜冷卻的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果為理論和計(jì)算提供了必要的數(shù)據(jù)，先進(jìn)的測試技術(shù)可以提供研究氣膜冷卻流動(dòng)現(xiàn)象的重要信息。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)運(yùn)用于

2、流體實(shí)驗(yàn)中，可以對流場進(jìn)行可視化顯示和非接觸式測量。
　　在氣膜冷卻研究背景下，PLIF方法對實(shí)驗(yàn)中使用的示蹤劑有一定要求。本文對多種有機(jī)分子的熒光特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明丙酮的熒光特性滿足實(shí)驗(yàn)需求，易于加入待測氣體且較為穩(wěn)定，安全性能較好。本次試驗(yàn)中可以選擇丙酮作為平面激光誘導(dǎo)熒光（PLIF）的試劑。另一方面，結(jié)合甲苯的熒光特性，提出了多組分激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，即在射流氣體和主流氣體中分別加入不同的示蹤劑，如甲苯和丙酮，兩種示蹤劑

3、熒光波段完全分離，有可能可以實(shí)現(xiàn)對主流和射流流動(dòng)同時(shí)進(jìn)行顯示，這對理解摻混的瞬態(tài)過程很有幫助。
　　PLIF測試方法還需要專門的光學(xué)測試平臺(tái)，本文設(shè)計(jì)了包括小型光學(xué)風(fēng)洞和示蹤劑加入裝置的摻混特性試驗(yàn)平臺(tái)，并結(jié)合具體裝置對PLIF方法在本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可靠性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。
　　在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文采用丙酮PLIF方法在摻混特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對具有實(shí)際尺寸的氣膜孔的試驗(yàn)件上的氣膜冷卻進(jìn)行了可視化測試。結(jié)果顯示出氣膜很多流動(dòng)、摻混特

4、征，也可以間接反映出近壁面處和流場中由湍流、漩渦等引起的變化，結(jié)果與許多現(xiàn)有的研究工作結(jié)論一致，證明本測試方法具有合理性。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用丙酮PLIF技術(shù)對氣膜覆蓋的完整性和貼壁性進(jìn)行了研究。得出在射流速度與主流速度接近的工況下，氣膜完整性和貼壁性最好。表明本文中的測試方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以直接為氣膜冷卻設(shè)計(jì)評估提供參考。
　　在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文對實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行了幾何建模和網(wǎng)格劃分，通過數(shù)值計(jì)算得出了實(shí)驗(yàn)中三種工況下的氣膜冷卻模擬