RU2758869C1 - Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical - Google Patents

Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical Download PDF

Info

Publication number
RU2758869C1
RU2758869C1 RU2020132168A RU2020132168A RU2758869C1 RU 2758869 C1 RU2758869 C1 RU 2758869C1 RU 2020132168 A RU2020132168 A RU 2020132168A RU 2020132168 A RU2020132168 A RU 2020132168A RU 2758869 C1 RU2758869 C1 RU 2758869C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
radical
temperature
measuring
fluorescence
Prior art date
Application number
RU2020132168A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Маркович Маркович
Владимир Михайлович Дулин
Дмитрий Константинович Шараборин
Роман Владимирович Толстогузов
Алексей Сергеевич Лобасов
Леонид Михайлович Чикишев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2020132168A priority Critical patent/RU2758869C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758869C1 publication Critical patent/RU2758869C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: temperature field measurement.
SUBSTANCE: invention relates to methods for measuring the instantaneous two-dimensional field of gas temperature during fuel combustion in turbulent flows occurring in the combustion chambers of transport plants and power facilities. A method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical is claimed, in which a tunable dye laser with a pulsed solid-state Nd:YAG pump laser is used. The OH radical is converted to an electronically excited state when the transition Q1(8) of the band A2Σ+-X2Π (1-0) is excited, the values of the two-dimensional distribution of the ratio of laser-induced fluorescence intensities of the OH radical are determined, the intensity of the OH fluorescence signal for the band (2-0) and for the bands (0-0) and (1-1) are recorded in the spectral ranges 265±5 and 310±10 nm, respectively, using two digital cameras with image brightness amplifiers based on electron-optical converters with band-pass optical filters and subsequent comparison with the calibration curve.
EFFECT: registration of the instantaneous temperature distribution in the reacting flow in the entire measurement plane, in the temperature range from 1200 to 2200 K with high accuracy (the standard deviation is less than 80 K) in laminar and turbulent flows for a wide range of fuels.
1 cl

Description

Изобретение относится к методам измерения мгновенного двумерного поля температуры газа при горении топлива в турбулентных потоках, имеющих место в камерах сгорания транспортных и энергетических установок. Способ основан на регистрации плоскостной лазерно-индуцированная флуоресценции (Planar Laser-Induced Fluorescence, PLIF) гидроксильного радикала, которая является стандартным и хорошо зарекомендовавшим себя оптическим методом диагностики нереагирующих [1-3] и реагирующих потоков [4–7]. The invention relates to methods for measuring an instantaneous two-dimensional field of gas temperature during fuel combustion in turbulent flows occurring in combustion chambers of transport and power plants. The method is based on the registration of planar laser-induced fluorescence (PLIF) of the hydroxyl radical, which is a standard and well-proven optical method for diagnosing non-reactive [1-3] and reactive flows [4-7].

PLIF является невозмущающим поток методом измерения, основанным на регистрации излучения фотонов электронно-возбужденными (за счет воздействия лазерного излучения) молекулами. В методе PLIF для возбуждения определенного типа молекул используется лазер с перестраиваемой длиной волны.PLIF is a non-disturbing flow measurement method based on the detection of photon emission from electronically excited (by exposure to laser radiation) molecules. PLIF uses a tunable wavelength laser to excite a specific type of molecule.

Например, в CN106092997 «Flame detection device and method based on PLIF (planar laser induced fluorescence) technology» раскрыто устройство и способ обнаружения пламени, основанные на технологии PLIF. В JPH0926357 (A) «Measuring equipment for laser induced fluorescence» этот метод используется для определения концентрации частиц и определения температуры пламени. Также известно изобретение CN105866092 «Liquid and gas calibration device based on planar laser induced fluorescence technology», основанное на технологии плоской лазерно-индуцированной флуоресценции.For example, CN106092997 "Flame detection device and method based on PLIF (planar laser induced fluorescence) technology" discloses a flame detection device and method based on PLIF technology. JPH0926357 (A) "Measuring equipment for laser induced fluorescence" uses this method to determine particle concentration and determine flame temperature. Also known is the invention CN105866092 "Liquid and gas calibration device based on planar laser induced fluorescence technology", based on the technology of plane laser induced fluorescence.

Метод PLIF является эффективным для визуализации положения радикалов в потоке, которые являются маркером химической реакции [8-10]. Кроме того, метод PLIF эффективен также для диагностики двухфазных потоков с горением [11-12], так как спектральная область, в которой регистрируются изображения, отличается от длины волны возбуждающего лазерного излучения.The PLIF method is effective for visualizing the position of radicals in the flow, which are a marker of a chemical reaction [8-10]. In addition, the PLIF method is also effective for diagnosing two-phase flows with combustion [11-12], since the spectral region in which images are recorded differs from the wavelength of the exciting laser radiation.

Метод PLIF успешно применялся для измерений поля температуры в нереагирющих и реагирующих газовых потоках. Для нереагирующих течений в поток добавлялся толуол или ацетон, что позволяет измерять температуру в диапазоне до 1000 K [13-14], используя отношение интегральных интенсивностей двух полос флуоресценции, которое слабо зависит от локальной плотности энергии лазера и концентрации трассеров. NO использовался в качестве трассеров для измерения плотности в нереагирующих высокоскоростных потоках [15] и может быть использован для добавления в реагирующий поток при высоких температурах [16]. В частности, сканирование длины волны возбуждения флуоресценции NO обеспечивает измерение 2D полей температуры в диапазоне до 2200 K с высокой точностью (с ошибкой менее 10 %) для стационарных ламинарных пламен [17].The PLIF method has been successfully used to measure the temperature field in non-reactive and reactive gas streams. For non-reactive flows, toluene or acetone was added to the flow, which makes it possible to measure the temperature in the range up to 1000 K [13-14] using the ratio of the integral intensities of two fluorescence bands, which weakly depends on the local laser energy density and the concentration of tracers. NO has been used as tracers to measure density in non-reacting high-velocity streams [15] and can be used to add to a reacting stream at high temperatures [16]. In particular, scanning the excitation wavelength of NO fluorescence provides measurement of 2D temperature fields in the range up to 2200 K with high accuracy (with an error of less than 10%) for stationary laminar flames [17].

Вместо сканирования длины волны возбуждения может использоваться метод two-line OH PLIF для получения полей температуры в турбулентных пламенах с высоким временным разрешением [18, 19]. Детальный анализ чувствительности и погрешности метода OH PLIF на основе возбуждения на двух различных длинах волн детально обсуждался в работах [20, 21], где ошибка измерения была снижена до 5%. Однако в последней работе наблюдались линии возбуждения, для которых отношение сигналов флуоресценции слабо зависит от локальной концентрации ОН. Кроме того, в данном подходе необходимо учитывать пространственную неоднородность двух лазерных ножей.Instead of scanning the excitation wavelength, the two-line OH PLIF method can be used to obtain temperature fields in turbulent flames with a high temporal resolution [18, 19]. A detailed analysis of the sensitivity and error of the OH PLIF method based on excitation at two different wavelengths was discussed in detail in [20, 21], where the measurement error was reduced to 5%. However, in the last work, excitation lines were observed for which the ratio of fluorescence signals weakly depends on the local OH concentration. In addition, in this approach, it is necessary to take into account the spatial inhomogeneity of the two laser knives.

Альтернативным подходом является измерение поля температуры на основе регистрации флуоресценции в различных областях спектра при возбуждении на одной длине волны [22].An alternative approach is to measure the temperature field based on the registration of fluorescence in different spectral regions upon excitation at the same wavelength [22].

Известны изобретения CN103344619A «Planar laser induced fluorescence (PLIF) imaging device and method for acquiring hydroxyl (OH) concentration spatial distribution through device» и CN104897632 «Method for measuring three-dimensional spatial distribution of OH group concentration in transient combustion field based on scanning planar laser induced fluorescence imaging system». В этих изобретениях методом сканирования измеряется концентрация ОН, но не рассчитывается температура.Known inventions CN103344619A "Planar laser induced fluorescence (PLIF) imaging device and method for acquiring hydroxyl (OH) concentration spatial distribution through device" and CN104897632 "Method for measuring three-dimensional spatial distribution of OH group concentration in transient combustion field based on scanning planar laser induced fluorescence imaging system ". In these inventions, the OH concentration is measured by scanning, but the temperature is not calculated.

В изобретении CN109540333 «Planar temperature measurement method based on planar laser induced fluorescence technology» раскрывается метод измерения двумерного поля температуры, основанный на технологии PLIF. Наиболее близким аналогом данного изобретения является полезная модель CN209961360U «Temperature measuring device based on carbon monoxide femtosecond laserinduced fluorescence spectrum technology», которая представляет собой устройство для измерения температуры, основанное на технологии регистрации спектра флюоресценции, индуцированной фемтосекундным лазером на монооксиде углерода. Недостатками данных подходов является невозможность определения мгновенного распределения температуры во всей плоскости измерения, узкий интервал достоверного измерения температуры. CN109540333 "Planar temperature measurement method based on planar laser induced fluorescence technology" discloses a method for measuring a two-dimensional temperature field based on PLIF technology. The closest analogue of this invention is the CN209961360U utility model "Temperature measuring device based on carbon monoxide femtosecond laser-induced fluorescence spectrum technology", which is a device for measuring temperature based on the technology of recording the fluorescence spectrum induced by a femtosecond carbon monoxide laser. The disadvantages of these approaches are the impossibility of determining the instantaneous temperature distribution in the entire measurement plane, a narrow interval of reliable temperature measurement.

Задачей данного изобретения являлась регистрация мгновенного распределения температуры в реагирующем потоке во всей плоскости измерения, в диапазоне температур от 1200 до 2200 K с высокой точностью (среднеквадратичное отклонение составляет менее 80K) в ламинарных и турбулентных потоках для широкого ряда топлив.The objective of this invention was to record the instantaneous temperature distribution in the reacting flow over the entire measurement plane, in the temperature range from 1200 to 2200 K with high accuracy (the standard deviation is less than 80K) in laminar and turbulent flows for a wide range of fuels.

Поставленная задача решается тем, что для возбуждения флуоресценции радикала ОН используют перестраиваемый импульсный лазер на красителе с импульсным Nd:YAG-лазером накачки, формирующим импульсы с длиной волны 283 нм, средняя энергия импульса составляет приблизительно 12 мДж. С помощью коллимирующей оптики (системы сферических и цилиндрических линз) лазерный луч преобразуют в «лазерный нож» – пространственная область засветки. Регистрация излучения радикала ОН осуществляется с помощью двух цифровых камер с усилителями яркости изображения на основе электронно-оптических преобразователей, в двух различных спектральных областях, что позволяет регистрировать распределение температуры в плоскости, а не вдоль линии, как это делается в прототипе.The problem is solved by the fact that a tunable pulsed dye laser with a pulsed Nd: YAG pump laser generating pulses with a wavelength of 283 nm is used to excite the fluorescence of the OH radical, the average pulse energy is approximately 12 mJ. With the help of collimating optics (a system of spherical and cylindrical lenses), the laser beam is converted into a "laser knife" - a spatial area of illumination. Registration of the OH radical radiation is carried out using two digital cameras with image intensifiers based on electron-optical converters, in two different spectral regions, which makes it possible to register the temperature distribution in the plane, and not along the line, as is done in the prototype.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Способ определения температуры газа заключается в определении значения отношения интенсивностей лазерно-индуцированной флуоресценции радикала ОН при возбуждении перехода Q1(8) полосы A2Σ+-X2Π (1-0). Интенсивность сигнала флуоресценции ОН для полосы (2-0) и для полос (0-0) и (1-1) регистрируется в спектральных диапазонах 265±5 и 310±10 нм, соответственно, с применением полосовых пропускающих оптических фильтров и последующим сравнением с калибровочной кривой.The method for determining the gas temperature consists in determining the value of the intensity ratio of the laser-induced fluorescence of the OH radical upon excitation of the Q 1 (8) transition of the A 2 Σ + -X 2 Π (1-0) band. The intensity of the OH fluorescence signal for band (2-0) and for bands (0-0) and (1-1) is recorded in the spectral ranges of 265 ± 5 and 310 ± 10 nm, respectively, using bandpass optical filters and subsequent comparison with calibration curve.

В данном подходе используется однократное освещение потока лазерным излучением и регистрируется локальное отношение интенсивности двух различных полос флуоресценции ОН с использованием двух камер. Метод основан на эффекте переноса колебательной энергии при электронном возбуждении молекул (создается населенность энергетических уровней с энергией выше энергии фотонов возбуждающего излучения). Метод был применен для ламинарного предварительно перемешанного пламени в форме конуса для смеси метана и воздуха и для турбулентного пламени предварительно перемешанной смеси в модельной камере сгорания. This approach uses a single laser beam illumination and records the local intensity ratio of two different OH fluorescence bands using two cameras. The method is based on the effect of vibrational energy transfer during electronic excitation of molecules (a population of energy levels with energies higher than the photon energy of the exciting radiation is created). The method was applied for a laminar premixed flame in the form of a cone for a mixture of methane and air and for a turbulent flame of a premixed mixture in a model combustion chamber.

Измерения проводились в области шириной 50 мм и высотой 45 мм. Чтобы учесть неоднородность распределения плотности энергии лазерного излучения в «лазерном ноже» и изменение энергии импульса от вспышки к вспышке лазера, часть энергии лазерного луча (приблизительно 5%) отражалась пластиной из кварцевого стекла в калибровочную кювету, содержащую раствор родамина 6G, пространственное распределение флуоресценции которого регистрировалось цифровой ПЗС-камерой. Возбуждение флуоресценции происходило в линейном режиме, что было проверено измерением зависимости интенсивности сигнала флуоресценции от энергии лазерного излучения.The measurements were carried out in an area 50 mm wide and 45 mm high. To take into account the inhomogeneity of the distribution of the energy density of the laser radiation in the "laser knife" and the change in the pulse energy from flash to laser flash, a part of the laser beam energy (approximately 5%) was reflected by a quartz glass plate into a calibration cell containing a rhodamine 6G solution, the spatial distribution of the fluorescence of which was recorded by a digital CCD camera. Fluorescence excitation occurred in a linear mode, which was verified by measuring the dependence of the fluorescence signal intensity on the laser radiation energy.

Интенсивность сигнала флуоресценции ОН для полосы (2–0) и для полос (0–0) и (1–1) регистрировалась в спектральных диапазонах 265±5 и 310±10 нм, соответственно. Время экспозиции кадра для каждого PLIF-изображения составляло 200 нс. Пространственная калибровка областей визирования PIV и PLIF камер была выполнена с использованием многоуровневой двухсторонней калибровочной мишени. Для калибровки и пространственного совмещения областей визирования использовались параметры модели третьего порядка для проекций изображений. Обработка PLIF-изображений включала в себя удаление фона и коррекцию неравномерности распределения интенсивности излучения в «лазерном ноже». PLIF- изображения были пространственно осреднены для повышения соотношения сигнал/шум, поскольку пространственное разрешение было ограничено толщиной «лазерного ножа». Отношение измеренных интенсивностей сигналов флуоресценции имеет монотонную зависимость от температуры во всем измеряемом диапазоне температур, сравнение с результатами численного моделирования позволяет с высокой точностью определять температуру. Была проведена проверка и сравнение с методом two-line PLIF и термопарными измерениями для ламинарного пламени.The intensity of the OH fluorescence signal for the (2–0) band and for the (0–0) and (1–1) bands was recorded in the spectral ranges of 265 ± 5 and 310 ± 10 nm, respectively. The frame exposure time for each PLIF image was 200 ns. Spatial calibration of the viewing areas of the PIV and PLIF cameras was performed using a multilevel double-sided calibration target. For the calibration and spatial alignment of the viewing areas, the parameters of the third-order model for image projections were used. The processing of PLIF images included background removal and correction of irregularity in the radiation intensity distribution in the "laser knife". The PLIF images were spatially averaged to improve the signal-to-noise ratio, since the spatial resolution was limited by the thickness of the laser knife. The ratio of the measured intensities of fluorescence signals has a monotonic dependence on temperature over the entire measured temperature range; comparison with the results of numerical simulation makes it possible to determine the temperature with high accuracy. It was verified and compared with two-line PLIF and laminar flame thermocouple measurements.

Технический результатTechnical result

Использование заявляемого изобретения позволяет осуществлять регистрацию мгновенного двумерного распределения температуры в реагирующем потоке во всей плоскости измерения за время, меньшее 200 нс, в диапазоне температур от 1200 до 2200 K с высокой точностью (среднеквадратичное отклонение составляет менее 80 K) в ламинарных и турбулентных потоках для широкого ряда топлив.The use of the claimed invention makes it possible to record the instantaneous two-dimensional temperature distribution in the reacting flow over the entire measurement plane in a time less than 200 ns, in the temperature range from 1200 to 2200 K with high accuracy (the standard deviation is less than 80 K) in laminar and turbulent flows for a wide a number of fuels.

Используемая литератураUsed Books

[1] L.M. Pickett, J.B. Ghandhi, Exp. Fluids 31 (3) (2001) 309–318.[1] L.M. Pickett, J.B. Ghandhi, Exp. Fluids 31 (3) (2001) 309-318.

[2] T.R. Meyer, G.F. King, G.C. Martin, R.P. Lucht, F.R. Schauer, J.C. Dutton, Exp. Fluids 32 (6) (2002) 603–611.[2] T.R. Meyer, G.F. King, G.C. Martin, R.P. Lucht, F.R. Schauer, J.C. Dutton, Exp. Fluids 32 (6) (2002) 603-611.

[3] J. Klinner, C.E. Willert, Flow, Turbul. Combust. 98 (3) (2017) 751–779.[3] J. Klinner, C.E. Willert, Flow, Turbul. Combust. 98 (3) (2017) 751-779.

[4] P.S. Kothnur, M.S. Tsurikov, N.T. Clemens, J.M. Donbar, C.D. Carter, Proc. Combust. Inst. 29 (2) (2002) 1921–1927.[4] P.S. Kothnur, M.S. Tsurikov, N.T. Clemens, J.M. Donbar, C.D. Carter, Proc. Combust. Inst. 29 (2) (2002) 1921-1927.

[5] C. Duwig, P. Iudiciani, Flow Turbul. Combust. 84 (1) (2010) 25.[5] C. Duwig, P. Iudiciani, Flow Turbul. Combust. 84 (1) (2010) 25.

[6] M. Stöhr, C.M. Arndt, W. Meier, Proc. Combust. Inst. 35 (3) (2015) 3327–3335.[6] M. Stöhr, C.M. Arndt, W. Meier, Proc. Combust. Inst. 35 (3) (2015) 3327-3335.

[7] A. Renaud, T. Yokomori, S. Tachibana, Proc. Combust. Inst. 37 (2) (2019) 2627–2633.[7] A. Renaud, T. Yokomori, S. Tachibana, Proc. Combust. Inst. 37 (2) (2019) 2627-2633.

[8] A. Fayoux, K. Zähringer, O. Gicquel, J. Rolon, Proc. Combust. Inst. 30 (1) (2005) 251–257.[8] A. Fayoux, K. Zähringer, O. Gicquel, J. Rolon, Proc. Combust. Inst. 30 (1) (2005) 251-257.

[9] B.O. Ayoola, R. Balachandran, J.H. Frank, E. Mastorakos, C.F. Kaminski, Combust. Flame 144 (1–2) (2006) 1–16.[9] B.O. Ayoola, R. Balachandran, J.H. Frank, E. Mastorakos, C.F. Kaminski, Combust. Flame 144 (1-2) (2006) 1-16.

[10] R.L. Gordon, A.R. Masri, E. Mastorakos, Combust. Theor. Model. 13 (4) (2009) 645–670.[10] R.L. Gordon, A.R. Masri, E. Mastorakos, Combust. Theor. Model. 13 (4) (2009) 645-670.

[11] T.R. Meyer, S. Roy, V.M. Belovich, E. Corporan, J.R. Gord, Appl. Opt. 44 (3) (2005) 445–454.[11] T.R. Meyer, S. Roy, V.M. Belovich, E. Corporan, J.R. Gord, Appl. Opt. 44 (3) (2005) 445-454.

[12] A. Burkert, W. Paa, Fuel 167 (2016) 271–279.[12] A. Burkert, W. Paa, Fuel 167 (2016) 271-279.

[13] M.C. Thurber, F. Grisch, B.J. Kirby, M. Votsmeier, R.K. Hanson, Appl. Opt. 37 (21) (1998) 4963–4978.[13] M.C. Thurber, F. Grisch, B.J. Kirby, M. Votsmeier, R.K. Hanson, Appl. Opt. 37 (21) (1998) 4963-4978.

[14] V.A. Miller, M. Gamba, M.G. Mungal, R.K. Hanson, Exp. Fluids 54 (6) (2013) 1539.[14] V.A. Miller, M. Gamba, M.G. Mungal, R.K. Hanson, Exp. Fluids 54 (6) (2013) 1539.

[15] E.R. Lachney, N.T. Clemens, Exp. Fluids 24 (4) (1998) 354–363.[15] E.R. Lachney, N.T. Clemens, Exp. Fluids 24 (4) (1998) 354-363.

[16] T. Lee, W.G. Bessler, H. Kronemayer, C. Schultz, J.B. Jeffries, Appl. Opt. 44 (31) (2005) 6718–6728.[16] T. Lee, W.G. Bessler, H. Kronemayer, C. Schultz, J.B. Jeffries, Appl. Opt. 44 (31) (2005) 6718–6728.

[17] W.G. Bessler, C. Schulz, Appl. Phys. B 78 (5) (2004) 519–533.[17] W.G. Bessler, C. Schulz, Appl. Phys. B 78 (5) (2004) 519-533.

[18] R. Giezendanner-Thoben, U. Meier, W. Meier, M. Aigner, Flow Turbul. Combust. 75 (1–4) (2005) 317–333.[18] R. Giezendanner-Thoben, U. Meier, W. Meier, M. Aigner, Flow Turbul. Combust. 75 (1-4) (2005) 317-333.

[19] B.R. Halls, P.S. Hsu, S. Roy, T.R. Meyer, J.R. Gord, Opt. Lett. 43 (12) (2018) 2961–2964. [19] B.R. Halls, P.S. Hsu, S. Roy, T.R. Meyer, J.R. Gord, Opt. Lett. 43 (12) (2018) 2961-2964.

[20] R. Devillers, G. Bruneaux, C. Schulz, Appl. Opt. 47 (31) (2008) 5871–5885.[20] R. Devillers, G. Bruneaux, C. Schulz, Appl. Opt. 47 (31) (2008) 5871-5885.

[21] S. Kostka, S. Roy, P.J. Lakusta, T.R. Meyer, M.W. Renfro, J.R. Gord, R. Branam, Appl. Opt. 48 (32) (2009) 6332–6343.[21] S. Kostka, S. Roy, P.J. Lakusta, T.R. Meyer, M.W. Renfro, J.R. Gord, R. Branam, Appl. Opt. 48 (32) (2009) 6332-6343.

[22] C. Copeland, J. Friedman, M. Renksizbulut, Exp.Thermal Fluid Sci. 31 (3) (2007) 221–236.[22] C. Copeland, J. Friedman, M. Renksizbulut, Exp. Thermal Fluid Sci. 31 (3) (2007) 221-236.

Claims (1)

Способ измерения поля температуры в реагирующих газовых потоках на основе плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции гидроксильного радикала, при котором используют перестраиваемый лазер на красителе с импульсным твердотельным Nd:YAG-лазером накачки, отличающийся тем, что приводят радикал ОН в электронно-возбужденное состояние, определяют значения отношения интенсивностей лазерно-индуцированной флуоресценции радикала ОН при возбуждении перехода Q1(8) полосы A2Σ+-X2Π (1-0), интенсивность сигнала флуоресценции ОН для полосы (2-0) и для полос (0-0) и (1-1) регистрируется в спектральных диапазонах 265±5 и 310±10 нм, соответственно, с применением полосовых пропускающих оптических фильтров и последующим сравнением с калибровочной кривой, при этом лазерный луч возбуждающего излучения с помощью системы сферических и цилиндрических линз преобразуют в пространственную область засветки, имеющую однородную толщину в области измерения, а регистрацию излучения радикала ОН осуществляют с помощью двух цифровых камер с усилителями яркости изображения на основе электронно-оптических преобразователей, в двух различных спектральных областях, а измерение температуры газового потока осуществляется за счет определения значений отношения интенсивностей флуоресценции радикала ОН в двух различных спектральных областях и сравнения с результатом численного моделирования.A method for measuring the temperature field in reacting gas streams based on in-plane laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical, in which a tunable dye laser with a pulsed solid-state Nd: YAG pump laser is used, characterized in that the OH radical is brought into an electronically excited state, the values of the intensity ratio of laser-induced fluorescence when excited OH radical Q 1 transition (8) of the strip A 2 Σ + -X 2 Π (1-0), the fluorescence intensity of the OH band signal (2-0) and bars (0-0) and (1-1) is recorded in the spectral ranges of 265 ± 5 and 310 ± 10 nm, respectively, using bandpass optical filters and subsequent comparison with the calibration curve, while the laser beam of exciting radiation is converted into a spatial one using a system of spherical and cylindrical lenses. the illumination area having a uniform thickness in the measurement area, and the registration of the OH radical radiation is carried out using two digital cameras with image intensifiers based on electron-optical converters, in two different spectral regions, and the measurement of the gas flow temperature is carried out by determining the values of the ratio of the OH radical fluorescence intensities in two different spectral regions and comparing with the result of numerical simulation.
RU2020132168A 2020-09-30 2020-09-30 Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical RU2758869C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132168A RU2758869C1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132168A RU2758869C1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758869C1 true RU2758869C1 (en) 2021-11-02

Family

ID=78466551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132168A RU2758869C1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758869C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114112099A (en) * 2021-11-23 2022-03-01 西南科技大学 Temperature measurement method and system based on plane laser-induced fluorescence measurement device
CN116087163B (en) * 2022-12-07 2023-12-26 西安交通大学 Synchronous measurement system and method for NH3-PFLIF and NH-LIF of ammonia reaction flow

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07218436A (en) * 1994-01-31 1995-08-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for measuring oh concentration using laser-induced fluorescence method
CN104897632A (en) * 2015-06-01 2015-09-09 哈尔滨工业大学 Method for measuring three-dimensional spatial distribution of OH group concentration in transient combustion field based on scanning planar laser induced fluorescence imaging system
CN109470662A (en) * 2018-09-13 2019-03-15 西北核技术研究所 The device and method of kerosene interference is eliminated in a kind of kerosene combustion field OH-PLIF measurement
CN209961360U (en) * 2019-03-26 2020-01-17 天津大学 Temperature measuring device based on carbon monoxide femtosecond laser induced fluorescence spectroscopy technology

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07218436A (en) * 1994-01-31 1995-08-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for measuring oh concentration using laser-induced fluorescence method
CN104897632A (en) * 2015-06-01 2015-09-09 哈尔滨工业大学 Method for measuring three-dimensional spatial distribution of OH group concentration in transient combustion field based on scanning planar laser induced fluorescence imaging system
CN109470662A (en) * 2018-09-13 2019-03-15 西北核技术研究所 The device and method of kerosene interference is eliminated in a kind of kerosene combustion field OH-PLIF measurement
CN209961360U (en) * 2019-03-26 2020-01-17 天津大学 Temperature measuring device based on carbon monoxide femtosecond laser induced fluorescence spectroscopy technology

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Бояршинов Б.Ф., Федоров С.Ю., "ИЗМЕРЕНИЕ МЕТОДОМ ЛИФ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ РАДИКАЛА ОН ПРИ ГОРЕНИИ ВОДОРОДА И ЭТАНОЛА". Физика горения и взрыва, 2004, т. 40, номер 5, С.16-20. *
Лобасов А.С., Чикишев Л.М., Дулин В.М., "ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РАДИКАЛА OH В ЛАМИНАРНОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПЕРЕМЕШАННОМ ПЛАМЕНИ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕХИОМЕТРИЕЙ МЕТОДОМ ПЛОСКОСТНОЙ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ", СОВРЕМЕННАЯ НАУКА. ИССЛЕДОВАНИЯ, ИДЕИ, РЕЗУЛЬТАТЫ, ТЕХНОЛОГИИ, номер 2 (15), 2014, С.29-32. *
Чикишев Л.М., Дулин В.М., Лобасов А.С. и др., "Исследование смесеобразования в модели камеры сгорания ГТУ с использованием панорамных оптических методов", Теплофизика и аэромеханика, 2017, том 24, номер 3, С.357-363. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114112099A (en) * 2021-11-23 2022-03-01 西南科技大学 Temperature measurement method and system based on plane laser-induced fluorescence measurement device
CN116087163B (en) * 2022-12-07 2023-12-26 西安交通大学 Synchronous measurement system and method for NH3-PFLIF and NH-LIF of ammonia reaction flow

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5491344A (en) Method and system for examining the composition of a fluid or solid sample using fluorescence and/or absorption spectroscopy
Bykov et al. Steady-state and transient ultraviolet resonance Raman spectrometer for the 193–270 nm spectral region
RU2758869C1 (en) Method for measuring the temperature field in reacting gas flows based on planar laser-induced fluorescence of a hydroxyl radical
Patton et al. Multi-kHz mixture fraction imaging in turbulent jets using planar Rayleigh scattering
Barlow et al. Measurements of scalar variance, scalar dissipation, and length scales in turbulent piloted methane/air jet flames
Singh et al. Simultaneous measurements of temperature and CO concentration in stagnation stabilized flames
Dec et al. High speed thermometry using two-line atomic fluorescence
Drake et al. Comparison of turbulent diffusion flame measurements of OH by planar fluorescence and saturated fluorescence
Mackinnon et al. Implementation of a near backscattering imaging system on the National Ignition Facility
Ito et al. Picosecond time‐resolved absorption spectrometer using a streak camera
Braeuer et al. Investigation of the combustion process in an auxiliary heating system using dual‐pump CARS
Lee et al. Quantitative measurements of soot particles in a laminar diffusion flame using a LII/LIS technique
Estruch-Samper et al. Toluene-based planar laser-induced fluorescence imaging of temperature in hypersonic flows
Dreyer et al. Calibration of laser induced fluorescence of the OH radical by cavity ringdown spectroscopy in premixed atmospheric pressure flames
Sheps et al. Time-resolved broadband cavity-enhanced absorption spectroscopy for chemical kinetics.
Prucker et al. The Use of a Flashlamp‐Pumped Dye Laser for Single‐Pulse Spontaneous Raman Scattering in Flames
Kreutner et al. Comparison of spontaneous Raman and CARS measurements in a laminar flame at atmospheric pressure
Tolstoguzov Temperature measurements in a Bunsen flame by planar laser-induced fluorescence
Mehdi et al. Fluorescence lifetime measurements applied to the characterization of the droplet temperature in sprays
US4983041A (en) Spectroscopic apparatus for extremely faint light
Boyarshinov et al. Measurement of temperature and composition of gases in a propane flame by Raman scattering with a focusing resonator system
Halls et al. 3D OH LIF measurements in a lifted flame
Bresson et al. Simultaneous temperature, concentration, and velocity fields measurements in a turbulent heated jet using combined laser-induced fluorescence and PIV
Eaton et al. Development of a full-field planar Mie scattering technique for evaluating swirling mixers
Tolstoguzov Temperature measurements in a swirling impinging flame by planar laser-induced fluorescence