CN104374950B - 基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法，测试装置包括聚光单元、光电转换单元、数据采集系统以及数据处理单元，其中，聚光单元位于发动机待测燃烧流场和光电转换单元之间，包括两个沿流场轴向平行放置的凸透镜，光电转换单元包括两个接收口在两个透镜中心线上的光电转换器，数据处理单元，用于对数据采集系统中存储的数据进行处理，得到燃烧流场速度，由于本发明利用火焰辐射特性为基础，将火焰辐射光脉动信号作为互相关分析的随机信号实现互相关测速，使得本发明提供的发动机燃烧流场速度测量装置与方法克服了接触式测量法易干扰流场、影响燃烧等缺点，具有结构简单、非接触式、灵敏度高的优点。

Description

基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法
技术领域
本发明属于流场速度测试领域，具体涉及一种基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法。
背景技术
在航空发动机、火箭发动机等以碳氢化合物为燃料的发动机燃烧流场中，流场速度是分析燃烧状态、评价发动机性能的重要参数之一。但是由于流场速度和气流温度较高，且燃烧、多相流动、传热与传质过程十分复杂，给测量带来了很多困难。
目前，常用的发动机燃烧流场速度的测量方法为侵入式测量方法和图像测量法。侵入式测量方法将测试部件置于流场中，不仅易干扰流场，甚至会造成流场的改变，并且结果通常需要进一步修正，精度不高；图像测量法通常需对流场加入示踪粒子，而对于发动机燃烧流场来说，在流场中均匀加入示踪粒子较为困难，同时示踪粒子图像易被很强的燃烧火焰信号所湮没，且示踪粒子也会影响燃烧。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，基于火焰辐射特性，将火焰两个区域的辐射波动信号，通过两个一定距离的凸透镜进入光电转换器转换成电压信号，通过对两个信号进行互相关分析，获得两个信号的渡越时间，并结合两个透镜的中心距，计算出待测区域流场速度，实现高速燃烧流场速度的非接触式测量，进一步提高现有流场速度测量装置的简易度，同时提高测量灵敏度。
本发明采用了如下技术方案：
本发明提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置，具有这样的特征，包括：聚光单元、光电转换单元以及数据处理单元，聚光单元位于燃烧流场和光电转换单元之间，数据处理单元和光电转换单元连接，其中，聚光单元用于分别会聚燃烧流场中预定间距的两个空间区域所发出的辐射光信号，光电转换单元，包括两个用于接收光信号并将其转换为电信号的光电转换器，以及数据处理单元，对光电转换单元的信号进行处理，得到燃烧流场速度。
本发明提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置，还可让具有这样的特征，还包括：数据采集系统，用于记录保存光电转换单元的电信号以及数据处理单元的处理结果。
本发明提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置，还可让具有这样的特征：聚光单元包括两个沿流场轴向平行放置的凸透镜。
进一步的，本发明提供了一种基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量方法，包括以下步骤：
步骤1，确定聚光单元中两个凸透镜的中心距；
步骤2，聚光单元对燃烧流场选定的空间区域所发出的辐射光进行会聚形成光信号，而后光电转换单元接收聚光单元发出的光信号并将其转换为电信号；
步骤3，数据处理单元对所述光电转换单元的信号进行处理，得到燃烧流场速度。
本发明提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量方法，还可让具有这样的特征：数据处理单元将光电转换单元中的两个信号作为互相关分析的随机信号x(t)和y(t)，开展两信号的互相关函数分析：
其中，T为积分平均时间，τ为时间变量，Rxy(τ)在τ＝τ0达到最大值，互相关信号的渡越时间为τ0。
本发明提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量方法，还可让具有这样的特征：燃烧流场速度的计算方法为：Vavg＝d/τ0，其中d为两个凸透镜中心之间的距离。
发明作用与效果
本发明提供了一种基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法，测量装置包括聚光单元、光电转换单元、数据采集系统以及数据处理单元，其中，聚光单元位于发动机待测燃烧流场和光电转换单元之间，包括两个沿流场轴向平行放置的凸透镜，光电转换单元包括两个接收口在两个透镜中心线上的光电转换器，数据处理单元，用于对数据采集系统中存储的数据进行处理，得到燃烧流场速度，由于本发明利用火焰辐射特性为基础，将火焰辐射光脉动信号作为互相关分析的随机信号实现互相关测速，使得本发明提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法克服了接触式测量法易干扰流场、影响燃烧等缺点，具有结构简单、非接触式、灵敏度高的优点。
附图说明
图1是本发明的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置的结构示意图；
图2是本发明的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图具体本说明的具体实施方式。
图1为本发明的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置的结构示意图。
如图1所示，发动机燃烧流场速度测试装置100包括聚光单元1、光电转换单元2、数据采集系统3以及数据处理单元4，聚光单元1位于发动机10出口的燃烧流场20和光电转换单元2之间，光电转换单元2位于聚光单元1和数据采集系统3之间，数据采集系统3一端和光电转换单元2连接，另一端和数据处理单元4连接。
聚光单元1包括凸透镜11和凸透镜12，凸透镜11和凸透镜12位于同一平面且沿待测燃烧流场20轴向平行排列，中心距离为d，凸透镜11和凸透镜12分别用于会聚燃烧流场20中两个空间区域发出的辐射光信号；光电转换单元2包括光电转换器21和光电转换器22，用于接收凸透镜11和凸透镜12发出的光信号并将其转换为电压信号，其接收口分别位于凸透镜11和凸透镜12的中心线上，且与火焰流动方向垂直；数据采集系统3用于记录、保存光电转换器探测的电压信号以及数据处理单元4的处理结果；数据处理单元4用于对数据采集系统3中的电压信号进行互相关分析，获得两信号的渡越时间，并依据信号渡越时间计算流场速度。
图2为本实施例中的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量方法的流程图。
如图2所示，基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量方法包括以下步骤：
步骤1，根据待测燃烧流场20的速度范围确定凸透镜11和凸透镜12的中心间距；
步骤2，聚光单元1中的凸透镜11和凸透镜12将待测燃烧流场20中火焰发出的光进行会聚，形成光信号；
步骤3，光电转换器21和光电转换器22分别接收凸透镜11和凸透镜12发出的光，并将其转换为电压信号；
步骤4，数据采集系统3实时记录光电转换器21和光电转换器22的信号；
步骤5，数据处理单元4以两个光电转换器信号作为互相关分析的随机信号x(t)和y(t)，开展两信号的互相关函数分析：
并求得信号渡越时间τ0；
步骤6，数据处理单元4依据互相关测速原理，获得燃烧流场速度Vavg：Vavg＝d/τ0，并将处理得到的燃烧流场速度，存储在数据采集系统3中。
本实施例中，由于燃烧的辐射脉动特性，火焰光强强度随时间变化，根据不同空间区域的火焰辐射光强不停随机变化，利用数据采集系统3实时记录两个光电转换器的信号。
实施例作用与效果
本实施例提供了一种基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法，测试装置包括聚光单元、光电转换单元、数据采集系统以及数据处理单元，其中，聚光单元位于发动机待测燃烧流场和光电转换单元之间，包括两个沿流场轴向平行放置的凸透镜，光电转换单元包括两个接收口在两个透镜中心线上的光电转换器，数据处理单元，用于对数据采集系统中存储的数据进行处理，得到燃烧流场速度，由于本实施例利用火焰辐射特性为基础，将火焰辐射光脉动信号作为互相关分析的随机信号实现互相关测速，使得本实施例提供的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置与方法克服了接触式测量法易干扰流场、影响燃烧等缺点，具有结构简单、非接触式、灵敏度高的优点。
本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所述的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置，用于测量发动机燃烧流场中的流场速度，其特征在于：
由数据采集系统、聚光单元、光电转换单元以及数据处理单元构成，所述聚光单元位于所述燃烧流场和所述光电转换单元之间，所述数据处理单元和所述光电转换单元连接，
其中，所述聚光单元用于分别会聚所述燃烧流场中两个空间区域辐射光信号，
光电转换单元，包括两个用于接收所述光信号并将其转换为电压信号的光电转换器，以及
数据处理单元，对所述光电转换单元的信号进行处理，得到燃烧流场速度，
数据采集系统用于记录保存所述光电转换单元的电压信号以及所述数据处理单元的处理结果。
2.根据权利要求1所述的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置，其特征在于：
其中，所述聚光单元包括两个沿流场轴向平行放置的凸透镜。
3.一种利用如权利要求2所述的基于火焰辐射特性的发动机燃烧流场速度测量装置进行的发动机燃烧流场速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定聚光单元中两个凸透镜的中心距；
步骤2，聚光单元对所述燃烧流场中火焰发出的光进行会聚，形成光信号，而后光电转换单元接收所述聚光单元发出的光信号并将其转换为电压信号；
步骤3，数据处理单元对所述光电转换单元的信号进行处理，得到燃烧流场速度。
4.根据权利要求3所述的发动机燃烧流场速度测量方法，其特征在于：
其中，所述数据处理单元将所述光电转换单元中的两个信号作为互相关分析的随机信号x(t)和y(t)，开展两信号的互相关函数分析：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munder> <mi>lim</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <mi>&amp;infin;</mi> </mrow> </munder> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>T</mi> </mfrac> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>T</mi> </msubsup> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow>
并求得信号渡越时间τ0，
其中，T为积分平均时间，τ为时间变量。
5.根据权利要求4所述的发动机燃烧流场速度测量方法，其特征在于：
其中，所述燃烧流场速度的计算方法为：Vavg＝d/τ0，其中d为位于同一平面并且沿所述燃烧流场轴向平行排列的两个凸透镜之间的中心距。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105223372B (zh) * 2015-09-22 2019-01-25 奇瑞汽车股份有限公司 发动机缸内火焰传播速度测量系统及测量方法
CN105606839A (zh) * 2015-12-16 2016-05-25 上海理工大学 基于火焰辐射的燃烧颗粒运动速度的测量装置与方法
CN106197841A (zh) * 2016-06-27 2016-12-07 奇瑞汽车股份有限公司 一种发动机缸内燃烧测量系统及其测量方法
CN106583961B (zh) * 2017-03-01 2023-10-24 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 连续焊接焊缝监测探头、焊缝监测系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1279394A (zh) * 2000-08-11 2001-01-10 清华大学 颗粒物排放流速在线监测装置及其信号处理方法
US6473705B1 (en) * 2000-10-10 2002-10-29 General Electric Company System and method for direct non-intrusive measurement of corrected airflow
CN201867370U (zh) * 2010-11-17 2011-06-15 上海神明控制工程有限公司 炉膛燃烧激光检测系统
CN102135547A (zh) * 2010-12-28 2011-07-27 中国科学院安徽光学精密机械研究所 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体流速测量仪
CN102156112A (zh) * 2011-03-08 2011-08-17 中国科学院安徽光学精密机械研究所 烟气流速测量仪及测量方法
CN102200479A (zh) * 2010-12-29 2011-09-28 中国人民解放军空军油料研究所 发动机模拟燃烧装置喷射尾焰的温度场测试系统及应用该系统的测试方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1279394A (zh) * 2000-08-11 2001-01-10 清华大学 颗粒物排放流速在线监测装置及其信号处理方法
US6473705B1 (en) * 2000-10-10 2002-10-29 General Electric Company System and method for direct non-intrusive measurement of corrected airflow
CN201867370U (zh) * 2010-11-17 2011-06-15 上海神明控制工程有限公司 炉膛燃烧激光检测系统
CN102135547A (zh) * 2010-12-28 2011-07-27 中国科学院安徽光学精密机械研究所 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体流速测量仪
CN102200479A (zh) * 2010-12-29 2011-09-28 中国人民解放军空军油料研究所 发动机模拟燃烧装置喷射尾焰的温度场测试系统及应用该系统的测试方法
CN102156112A (zh) * 2011-03-08 2011-08-17 中国科学院安徽光学精密机械研究所 烟气流速测量仪及测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
二极管激光吸收传感器测量超声流速场的温度和速度;王广宇等;《光学学报》;20130930;第33卷(第9期);第3-4部分，图2 *
光信号互相关测量两相流中颗粒流动速度的研究;周洁等;《中国电机工程学报》;20030131;第23卷(第1期);第2部分 *

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