【摘 要】
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湍流流动存在于目前的大多数燃烧设备中,如内燃机、燃气轮机和航空发动机,速度是其中最能描述湍流场的重要参数之一,通过测量湍流场中的速度信息,能够更好地理解湍流燃烧过程,更加清晰地认识湍流燃烧现象,从而有效地提高发动机的性能以及减少有害气体的排放。因此开发出前沿的光学速度测量技术并应用于实际的燃烧设备中具有十分重要的现实意义。相比于传统的速度测量技术,基于激光的速度测量技术具有非接触式、高灵敏度、高空
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湍流流动存在于目前的大多数燃烧设备中,如内燃机、燃气轮机和航空发动机,速度是其中最能描述湍流场的重要参数之一,通过测量湍流场中的速度信息,能够更好地理解湍流燃烧过程,更加清晰地认识湍流燃烧现象,从而有效地提高发动机的性能以及减少有害气体的排放。因此开发出前沿的光学速度测量技术并应用于实际的燃烧设备中具有十分重要的现实意义。相比于传统的速度测量技术,基于激光的速度测量技术具有非接触式、高灵敏度、高空间分辨率和能够实现实时在线测量等优势,因此被广泛地应用于目前的速度场测量中。但目前的光学测速技术中大多是以纳秒激光作为光源,在某些方面都有其固有的缺陷。随着飞秒激光的出现与发展,基于飞秒激光的诊断技术也随之快速发展,由于飞秒激光所独有的性质会形成飞秒激光成丝现象,基于此现象实现流场中速度测量具有很明显的优势。针对于目前速度测量技术的局限性,本文基于飞秒激光成丝现象开发出新的流场速度测量技术,即飞秒激光诱导氰基化学发光技术（FLICC）。本文工作通过实验进行开展,主要分为两个部分。第一部分:基于飞秒激光电子激发标记测速技术实现流场中速度测量的研究。实验采用波长为267 nm的飞秒激光,于氮气流场中在飞秒激光成丝的条件下进行FLEET测速,研究了飞秒光丝的性质以及对于速度测量的影响,并与波长为800 nm的飞秒激光进行了比较。通过对比发现,采用波长为267 nm的飞秒激光所需的能量低至数百微焦,这有助于减小流场中的潜在扰动,并且通过267 nm飞秒激光诱导产生的光丝要比800 nm的飞秒光丝更长且更细,扩大了测速范围,提高了测量精度。第二部分:基于飞秒激光诱导氰基化学发光技术实现流场中近壁面速度测量的研究。实验采用波长为800 nm的飞秒激光诱导生成处于激发态的自由基,再通过一系列的光化学反应生成CN（B）,最后观测CN（B-X）跃迁所释放的荧光实现速度的测量。实验在甲烷氮气混合气中进行,在流场中心处的飞秒光丝中观察到十分强烈的CN（B-X）荧光信号,在适当的甲烷浓度下,信号强烈且持续时间可至数百微秒,且荧光信号强度不受壁面影响,证明了FLICC技术测速的适用性。FLICC技术的测速效果十分明显,测量误差为3.6%,空间分辨率为227μm,并且成像图的信噪比也高达191,证明了FLICC技术是一项良好的近壁面速度测量技术。全文所研究内容是基于飞秒激光成丝现象测量流场中速度的研究,结果表明采用267 nm飞秒激光电子激发标记测速技术（FLEET）扩大了测速范围并提高了测量精度,而飞秒激光诱导氰基化学发光技术（FLICC）是一种新的且在近壁面测量中具有明显优势的速度测量技术,为目前的速度测量提供了新的技术支持。
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