[发明专利]可消除振动干扰的流场流速测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于流场速度测量相关技术领域，特别是一种适用于强振动环境的分子标记速度技术中避免振动干扰的流场流速测量装置及方法。

背景技术

在对流场特性的研究中，精确的速度测量对了解流场结构、流场动力学分析及数值计算模型修正具有重要意义。非接触的光学测量技术对流场无干扰、时空分辨率高，是目前常用的流场速度测量方法。光学的速度测量方法有激光多普勒测速技术(laser Doppler velocimetry,LDV)，粒子成像速度测量技术(particle image velocimetry,PIV)等。

分子标记速度测量技术(molecular tagging velocimetry,MTV)是直接探测流场某些分子速度的一种速度测量技术，它利用纳秒级脉冲激光与流场中特定分子的相互作用改变分子特性，在沿激光束的直线上产生可区别于流场其它位置，且具有一定寿命的标记分子，然后通过显示技术(激光诱导荧光等)对这些标记分子进行显示，在t₁和t₂两个时刻拍摄标记分子的位置，得到标记分子的移动距离d，进而通过v＝d/(t₁-t₂)计算得到流场速度v，其速度测量原理如图1所示。由于不需要在流场中撒入大质量的粒子，没有流场跟随性问题，因此分子标记技术能够得到高精度的速度测量结果。产生分子标记的方法有多种，比如利用波长193nm的ArF准分子激光解离流场中的水(H₂O)分子可以沿激光束产生羟基(OH)，这些OH的存在寿命通常大于几十微妙，它们即为流场的标记分子。在OH的存在时间内，利用平面激光诱导羟基荧光(OH-PLIF)技术对它们进行显示，即可实现对流场的速度测量

通常情况下，显示过程中t₁和t₂的间隔要求不大于几个微秒，对于利用平面激光诱导荧光技术进行显示的标记分子，荧光持续时间短(几十纳秒)，显示所需的激光能量较强，因此要实现t₁和t₂两个时刻同时显示，所需的实验系统比较复杂。为了简化实验装置，较常使用的方法是，在实验前对静止的流场进行标记分子拍摄，记录静止状态标记分子位置作为t₁时刻的标记分子位置；在实验过程中，通过调整标记激光和显示激光之间的时间间隔t_d，记录标记分子在流场中t₂＝t₁+t_d时刻的位置，在实验环境相对稳定的情况下，能够得到精确的速度测量结果。但是在流量较大的流场环境中(比如航空航天发动机试验台流场)，流动带来的强烈振动会引起设备的位移，若仍以静止状态下流场的标记图像作为t₁时刻图像会带来较大的测量误差。