胡尚煒, 殷可為, 涂曉波, 楊富榮, 陳 爽

中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 設(shè)備設(shè)計(jì)及測(cè)試技術(shù)研究所, 四川 綿陽(yáng) 621000

0 引 言

CO是碳?xì)淙剂喜煌耆紵臉?biāo)志性氣體。準(zhǔn)確測(cè)量超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)出口的CO濃度，是評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率的重要依據(jù)，對(duì)改進(jìn)燃燒室設(shè)計(jì)和優(yōu)化燃料配比具有十分重要的意義[1-2]?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù)(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS) 作為一種基于吸收光譜的非接觸激光測(cè)量技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、高時(shí)間分辨率和無(wú)流場(chǎng)擾動(dòng)等優(yōu)勢(shì)[3]，可為發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試驗(yàn)高溫流場(chǎng)中的組分濃度、溫度等信息的定量測(cè)量提供有力技術(shù)支撐。

自2014年以來(lái)，中紅外TDLAS技術(shù)測(cè)量CO在國(guó)外已被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒診斷。2014年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的Hanson課題組在UVaSCF超聲速燃燒平臺(tái)上，采用4.25和4.86 μm的量子級(jí)聯(lián)激光器，對(duì)燃燒尾氣中的CO、CO2進(jìn)行了在線的摩爾分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)[4]。隨后，美國(guó)空軍技術(shù)學(xué)院的Wakefield等采用4.58和4.40 μm的QCL半導(dǎo)體激光器，測(cè)量了燃燒尾氣中的CO和CO2濃度，從而計(jì)算出燃燒效率[5]。2016年，美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室的Busa等將近紅外(1.39 μm)TDLAS和中紅外(2.70和4.80 μm)TDLAS集成到一套光路共軸的測(cè)量系統(tǒng)上，在Wright-Patterson空軍基地的RC-22超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)溫度和H2O、CO、CO2組分摩爾分?jǐn)?shù)的測(cè)量[6]。此外，ONERA、DLR等航空航天研究中心都已經(jīng)具備了中紅外吸收光譜技術(shù)測(cè)量CO的能力。

在國(guó)內(nèi)，TDLAS技術(shù)測(cè)量CO的研究主要集中于近紅外波段和常溫環(huán)境[7-10]，而高溫燃燒場(chǎng)CO的研究仍處于起步階段，在航空航天領(lǐng)域燃燒場(chǎng)的應(yīng)用較少。浙江大學(xué)徐婷采用2.3 μm的DFB激光器對(duì)C3H8/AIR火焰中的CO濃度進(jìn)行了測(cè)量[11]。但近紅外波段譜線強(qiáng)度較弱，在高溫燃燒場(chǎng)中容易受燃燒產(chǎn)物CO2和H2O的影響。中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所彭于權(quán)利用近紅外DFB和中紅外ICL布置相互垂直的兩路光線，分別實(shí)現(xiàn)平面火焰H2O溫度和CO濃度的測(cè)量[12]。但雙光路的測(cè)量方案應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)存在以下2個(gè)問(wèn)題。首先，以相互垂直的光路測(cè)量非均勻燃燒場(chǎng)溫度，2個(gè)光路測(cè)量的溫度不相同，以測(cè)量H2O的溫度替代CO的溫度來(lái)計(jì)算CO濃度，會(huì)引入測(cè)量誤差;其次，對(duì)于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)出口位置的CO濃度，相互垂直的測(cè)量光路布置困難，易受現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)氣流等干擾。

本文構(gòu)建單光程中紅外TDLAS測(cè)量系統(tǒng)，在同一光路上實(shí)現(xiàn)高溫流場(chǎng)CO溫度和濃度的同時(shí)測(cè)量。該測(cè)量方案主要具有以下優(yōu)勢(shì)：1) 采用中紅外吸收光譜技術(shù)。CO中紅外波段的譜線相較近紅外而言，具有吸收最強(qiáng)、譜線豐富、受其他氣體干擾小的特點(diǎn)。2) 采用單光路設(shè)計(jì)。臺(tái)架試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)通常測(cè)量空間受限，很難布置復(fù)雜的測(cè)量光路，而且采用額外光路會(huì)因測(cè)量光路差異而引入測(cè)量誤差。3) 測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)潔。在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，測(cè)量環(huán)境十分惡劣，簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)能夠減少?gòu)?qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)氣流造成測(cè)量光路偏移的影響。

1 基本原理

TDLAS技術(shù)的基本原理是Beer-Lambert定律[13],它描述物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度及介質(zhì)厚度的關(guān)系。一般表達(dá)式如下:

It=I0exp[S(T)·ψ(υ)·p·χ·L]

(1)

式中,I0、It分別為入、出射光強(qiáng)，ψ(ν)為積分面積歸一化吸收線型函數(shù)(整個(gè)頻域上積分為1)，cm；p為測(cè)量環(huán)境壓力，atm；χ為吸收組分摩爾濃度，L為吸收光光程，cm；S(T)為吸收譜線的線強(qiáng)，cm-2·atm-1，是溫度T的函數(shù)。

(2)

式中，υ0為譜線的中心頻率，cm-1；h為普朗克常數(shù)，J·s；c為真空中的光速，cm/s；k為玻爾茲曼常數(shù),J/K;E為分子躍遷的低態(tài)能級(jí)值,cm-1；Q(T)為吸收組分分配函數(shù)。

為方便描述，這里定義積分吸光度A為(環(huán)境壓力和濃度均勻的情況)：

(3)

當(dāng)吸收介質(zhì)均勻時(shí)，沿同一光路的溫度、壓力、濃度均相同，吸光度比值即為線強(qiáng)之比。

(4)

由公式(4)可知，可以通過(guò)測(cè)量2條吸收譜線的積分吸光度比值來(lái)反推溫度。在獲得溫度的基礎(chǔ)上，可由公式(2)計(jì)算出此溫度下的線強(qiáng)，進(jìn)一步可獲得組分濃度：

(5)

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文主要構(gòu)建基于中紅外TDLAS技術(shù)的單光路檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示。檢測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)生器、激光器、濾光片、光電探測(cè)器以及采集卡組成。其中信號(hào)發(fā)生器可以提供頻率為20 Hz～1 MHz的鋸齒波信號(hào)。系統(tǒng)光源采用中紅外波段的量子級(jí)聯(lián)激光器，其輸出波長(zhǎng)可通過(guò)溫度控制調(diào)諧到2060 cm-1附近，能在2050～2071 cm-1范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)跳模調(diào)諧。平面火焰爐采用McKenna平面火焰爐，中間爐面直徑為60 mm，該爐可在火焰外圍通入一圈氮?dú)鈦?lái)隔絕空氣，并通過(guò)高精度的流量控制器控制甲烷和空氣的當(dāng)量比。氣體池采用不銹鋼材質(zhì)，長(zhǎng)度為100 mm，直徑為25.4 mm，窗片材質(zhì)為氟化鈣。濾光片中心頻率為4.75 μm，帶寬為400 nm，能夠有效抑制火焰紅外輻射雜散光。采用NI USB-6361型信號(hào)采集卡，單通道最大采樣率為2 MHz，可保證對(duì)吸收信號(hào)進(jìn)行有效采集。采用Omega公司的S型熱電偶對(duì)平面火焰CO溫度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，其偶絲直徑4 mm，測(cè)量精度1 K，熱電偶高溫輻射損失為25 K。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of wavelength modulation experimental device

3 測(cè)量譜線的選取

根據(jù)譜線選擇原則，選取合適的吸收譜線非常關(guān)鍵，可以提高測(cè)量的靈敏度和精度，為CO濃度準(zhǔn)確測(cè)量提供保證[14]。

CO在近紅外第一泛頻帶、第二泛頻帶以及中紅外基頻帶都有吸收，但CO氣體分子在中紅外基頻帶譜的吸收屬于基頻躍遷，譜線吸收最強(qiáng)。同時(shí)，碳?xì)淙剂先紵a(chǎn)物中主要包括CO、CO2和H2O,因此，結(jié)合HITRAN2016數(shù)據(jù)庫(kù)光譜數(shù)據(jù)[15]，對(duì)1300 K時(shí)CO、CO2和H2O在2000～2250 cm-1光譜區(qū)的譜線吸收強(qiáng)度進(jìn)行仿真，如圖2所示。

由圖2可知，在中紅外波段內(nèi)CO幾乎不受其他氣體干擾；大多數(shù)的CO譜線強(qiáng)度比H2O和CO2的譜線強(qiáng)度高1個(gè)量級(jí)；CO還具有豐富的譜線可供選擇，這些先決條件為測(cè)量系統(tǒng)的高靈敏度檢測(cè)提供了有力保證。本文在波長(zhǎng)4.86 μm附近的中紅外波段，根據(jù)譜線強(qiáng)度、溫度敏感性和激光器工作溫度3個(gè)方面，選取適用于高溫條件下CO測(cè)量的譜線。

圖2 CO、CO2和H2O 2000～2250 cm-1內(nèi)吸收譜線強(qiáng)度Fig. 2 The absorption line -strength of CO、CO2 and H2O at the range of 2000～2250 cm-1

3.1 譜線強(qiáng)度

為了研究波長(zhǎng)2060 cm-1附近的吸收譜線，仿真了溫度在1300 K時(shí)吸收譜線線強(qiáng)較強(qiáng)的5對(duì)譜線，如圖3所示：

圖3 溫度在1300 K時(shí)2050～2100 cm-1波段內(nèi)CO的吸收譜線Fig. 3 The absorption spectrum of CO in 2050～2100 cm-1 band at 1300 K

通過(guò)計(jì)算，譜線對(duì)1的2條譜線中心波長(zhǎng)距離為0.876 cm-1，臨近掃描寬度上限，測(cè)量精度難以保證；譜線對(duì)5中心波長(zhǎng)距離為0.044 cm-1(小于0.050 cm-1),中心波長(zhǎng)位置較為靠近,在目標(biāo)測(cè)量溫度條件下會(huì)發(fā)生一定重疊。譜線對(duì)3和4的中心波長(zhǎng)距離分別為0.418和0.187 cm-1，可作為候選譜線對(duì)。在此基礎(chǔ)之上，還需進(jìn)一步分析譜線對(duì)的溫度敏感性。

3.2 溫度敏感性

為了研究激光器掃描波段內(nèi)譜線對(duì)的溫度敏感性關(guān)系，對(duì)比值R進(jìn)行求導(dǎo)，敏感性關(guān)系式如下：

(6)

(7)

在一般研究中，討論的是式(7)中的相對(duì)靈敏度，使其大于等于1，能級(jí)差需要滿足的關(guān)系為ΔE′≥0.695T[14]。低態(tài)能級(jí)差ΔE′ 在764 cm-1以上即可保證檢測(cè)靈敏度。候選譜線對(duì)的分子光譜數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可以看出，2對(duì)譜線的低態(tài)能級(jí)差分別為1736.8和1760.1 cm-1，符合溫度敏感性要求。2對(duì)譜線的溫度靈敏性仿真如圖4所示。

表1 候選譜線參數(shù)Table 1 The parameters of candidate lines

圖4 候選譜線對(duì)3和4在800～1300 K下的溫度敏感性Fig. 4 The temperature sensitivity of candidate lines for pair3 and pair4 at the temperature range of 800～1300 K

根據(jù)圖4可以看出，2對(duì)譜線溫度敏感曲線單調(diào)遞減，變化趨勢(shì)相同，靈敏度相差很小。因此，2對(duì)譜線對(duì)的溫度敏感性幾乎相同，為選擇出最適合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的譜線對(duì)，需要進(jìn)一步分析激光器工作溫度對(duì)譜線對(duì)的影響。

3.3 激光器工作溫度

量子級(jí)聯(lián)激光器主要通過(guò)溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)諧。本文的量子級(jí)聯(lián)激光器波長(zhǎng)調(diào)諧時(shí)的溫度范圍為-30 ℃～50 ℃。激光器受環(huán)境溫度影響會(huì)導(dǎo)致波長(zhǎng)漂移，應(yīng)盡量選擇接近室溫的工作溫度。譜線對(duì)3和4的工作溫度分別為20 ℃和-10 ℃。譜線對(duì)3的工作溫度更接近室溫，激光器的溫度控制更容易實(shí)現(xiàn)，因此本文最終選擇了譜線對(duì)3：2059.9147和2060.3322 cm-1。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 氣體池濃度測(cè)量驗(yàn)證

為了驗(yàn)證系統(tǒng)濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)系統(tǒng)濃度測(cè)量進(jìn)行標(biāo)定。氣體池氣源采用CO與N2配置的標(biāo)準(zhǔn)氣體，其濃度分別為1940.3、2497.9、2987.39、3486.05和3995.8 ppm，測(cè)量壓強(qiáng)p為0.1 MPa，溫度為296 K。濃度測(cè)量結(jié)果如圖5所示。

從測(cè)量結(jié)果可知，測(cè)量濃度與標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度相對(duì)誤差在6%以內(nèi)。造成測(cè)量誤差的主要因素有波長(zhǎng)變化近似線性、譜線線強(qiáng)誤差和測(cè)量時(shí)的溫度變化等。

圖5 測(cè)量濃度與標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度的比較Fig. 5 Comparison of measured concentration and standard gas concentration

4.2 平面火焰CO溫度與濃度測(cè)量驗(yàn)證

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)出口CO濃度測(cè)量的可行性，利用McKenna平面火焰爐在不同工況下開(kāi)展了測(cè)量實(shí)驗(yàn)，測(cè)量位置距離爐面5 mm。圖6給出了吸收光度的Voigt線型擬合結(jié)果與殘差。

圖6 采集信號(hào)的吸收光度擬合及殘差Fig. 6 Absorption spectrophotometric fitting and residual of acquisition signal

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，吸收光度兩翼與Voigt線型兩翼擬合誤差相對(duì)較大，這主要是因?yàn)閷?shí)際燃燒場(chǎng)不可能完全均勻，采用單一溫度和濃度的Voigt線型進(jìn)行擬合必然會(huì)存在誤差，但擬合殘差小于0.25%[16]，在合理范圍以內(nèi)。

再根據(jù)式(4)和(5)可以計(jì)算出沿測(cè)量光路上的濃度和溫度隨時(shí)間變化關(guān)系，如圖7所示。從圖7中不難發(fā)現(xiàn)，測(cè)量的濃度和溫度大小存在相同頻率的波動(dòng)，波動(dòng)頻率約為9 Hz。該波動(dòng)主要是由于燃燒火焰的浮力效應(yīng)引起的光強(qiáng)變化，從而導(dǎo)致測(cè)量的溫度和濃度波動(dòng)變化。經(jīng)過(guò)計(jì)算，測(cè)量的濃度為0.18%±0.02%，溫度為1222.4±12.0 K。用熱電偶測(cè)量得到平面火焰溫度分布，如圖8所示。由于火焰邊緣溫度偏低，爐面中心區(qū)域溫度基本不變，溫度均值為1252.0 K。TDLAS測(cè)量溫度為1222.4 K，它是將火焰邊緣較低溫度也計(jì)算在內(nèi)的平均路徑溫度。該溫度與熱電偶測(cè)量的中心區(qū)溫度相對(duì)誤差為2.3%。為修正火焰邊界效應(yīng)的影響，根據(jù)熱電偶測(cè)量結(jié)果，假設(shè)溫度成梯形分布，由梯形分布的中心區(qū)溫度和溫度均值推算得到TDLAS測(cè)量中心區(qū)的溫度為1276.7 K，該溫度與熱電偶的測(cè)量中心溫度相對(duì)誤差為1.9%，滿足測(cè)量誤差要求[17-18]。

圖7 平面火焰穩(wěn)定工況下的CO濃度測(cè)量結(jié)果Fig. 7 CO concentration measurement under flame stabilization conditions

圖8 平面火焰爐不同位置的CO溫度測(cè)量結(jié)果Fig. 8 CO temperature measurement at different locations of the flat flame furnace

不同工況下的CO溫度測(cè)量結(jié)果如表2所示，φ為當(dāng)量比，Tc為熱電偶測(cè)量結(jié)果，Tm為本文溫度測(cè)量結(jié)果的平均值。其中，第一組測(cè)量結(jié)果誤差較大，主要原因是第一個(gè)吸收峰較弱，導(dǎo)致基線擬合誤差增大。但TDLAS測(cè)量結(jié)果與熱電偶測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差在4.3%以內(nèi)，表明本文測(cè)量結(jié)果與熱電偶測(cè)量結(jié)果一致，具有很好的準(zhǔn)確性。

表2 不同工況下CO溫度測(cè)量結(jié)果Table 2 CO temperature measurement results under different working conditions

4.3 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)出口CO濃度測(cè)量

基于本文的測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了某超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)航空煤油燃燒過(guò)程中出口位置的CO濃度測(cè)量。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型示意圖如圖9所示。發(fā)動(dòng)機(jī)出口面積為240 mm×126 mm。測(cè)量位置距離出口上壁面縱向63 mm，距離出口橫向10 mm。航空煤油燃燒當(dāng)量比為0.78。

圖9 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型示意圖Fig. 9 Model diagram of scramjet

該超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程為：首先燃燒乙醇加熱來(lái)流，然后點(diǎn)燃航空煤油。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在航空煤油燃燒過(guò)程中，噴油位置數(shù)量由3個(gè)減少到2個(gè)。探測(cè)器在加熱來(lái)流前開(kāi)始采集信號(hào)，采集的發(fā)動(dòng)機(jī)出口原始信號(hào)如圖10所示。

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)出口的原始信號(hào)Fig. 10 Engine outlet raw signal

從原始信號(hào)可知，開(kāi)始采集信號(hào)后10 s，出現(xiàn)光強(qiáng)信號(hào)幅值衰減劇烈的現(xiàn)象。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器點(diǎn)火時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)出口噴出殘留雜質(zhì)(水、乙醇、灰塵等)遮擋了測(cè)量光路，造成光強(qiáng)信號(hào)幅值衰減劇烈，這個(gè)現(xiàn)象可以作為判斷加熱器點(diǎn)火的標(biāo)志。由于加熱和燃燒過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)背景噪聲嚴(yán)重，難以提取有效的吸收信號(hào)，因此需要對(duì)原始信號(hào)采用100個(gè)掃描周期累加平均的方式來(lái)降低背景噪聲，降噪處理后的信號(hào)如圖11所示。在加熱器加熱過(guò)程中，乙醇充分燃燒，產(chǎn)生的CO較少，信號(hào)幾乎沒(méi)有吸收。在22 s時(shí)，出現(xiàn)短時(shí)間的光強(qiáng)信號(hào)幅值衰減的現(xiàn)象。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)航空煤油點(diǎn)火，產(chǎn)生瞬時(shí)劇烈振動(dòng)，造成光路偏移，導(dǎo)致光強(qiáng)信號(hào)幅值衰減。這個(gè)現(xiàn)象可以作為判斷航空煤油點(diǎn)火的標(biāo)志。22 s以后，隨著注入的煤油越來(lái)越多，燃燒產(chǎn)生的CO逐漸達(dá)到探測(cè)下限，信號(hào)吸收也越來(lái)越明顯。

圖11 降噪處理后發(fā)動(dòng)機(jī)加熱過(guò)程和煤油點(diǎn)火過(guò)程的信號(hào)Fig. 11 Signals of engine heating process and kerosene ignition process

對(duì)降噪后的吸收信號(hào)進(jìn)行基線擬合與Voigt線型擬合，如圖12和13所示。其中Voigt線型擬合殘差小于0.32%，誤差在合理范圍以內(nèi)，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖12 吸收信號(hào)的多項(xiàng)式基線擬合Fig. 12 Polynomial baseline fitting of absorption signal

圖13 采集信號(hào)的吸收光度擬合及殘差Fig. 13 Absorbance fitting and residual of acquisition signal

測(cè)量的出口位置壓力為常壓，壓力基本沒(méi)有變化，難以觀察噴油位置數(shù)量變化引起的壓力變化。因此，將航空煤油點(diǎn)火后發(fā)動(dòng)機(jī)出口的CO溫度、濃度測(cè)量結(jié)果與燃燒室壓力傳感器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析航空煤油燃燒過(guò)程中噴油位置數(shù)量變化對(duì)出口位置CO溫度和濃度的影響，對(duì)比結(jié)果如圖14和15所示。

圖14 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)出口CO溫度隨時(shí)間變化Fig. 14 Change of engine combustion chamber pressure and engine outlet CO temperature with time

圖15 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)出口CO濃度隨時(shí)間變化Fig. 15 Change of engine combustion chamber pressure and engine outlet CO concentration with time

從對(duì)比結(jié)果可知，航空煤油在22.4 s時(shí)開(kāi)始點(diǎn)火。剛點(diǎn)火時(shí)，由于注入的油量少，燃燒產(chǎn)生的CO濃度低，達(dá)不到測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)下限。從23.2 s開(kāi)始，隨著注入油量增加，燃燒越來(lái)越劇烈，產(chǎn)生的CO逐漸增多，壓力、溫度和濃度開(kāi)始逐漸增大。在23.4 s 時(shí)，注入油量恒定，燃燒狀態(tài)保持不變，溫度與濃度趨于穩(wěn)定，溫度均值為1915.7 K，濃度均值為0.8%。在25.4 s時(shí)，噴油位置數(shù)量由3個(gè)減少到2個(gè)，注入油量減少，燃燒室壓力下降，產(chǎn)生的CO減少，溫度和濃度也隨之下降。溫度均值為1740.2 K，濃度均值為0.4%。航空煤油點(diǎn)火后溫度和濃度測(cè)量結(jié)果與燃燒室壓力傳感器測(cè)量結(jié)果相比存在0.12 s的延遲。這是由于燃燒室距離出口測(cè)量位置有一段距離，導(dǎo)致溫度和濃度測(cè)量結(jié)果相對(duì)燃燒室壓力延遲。

5 結(jié) 論

本文基于中紅外吸收光譜技術(shù)構(gòu)建了適用于高溫流場(chǎng)的單光路CO濃度測(cè)量系統(tǒng)。首先，通過(guò)綜合分析譜線線強(qiáng)、溫度敏感性和激光器工作溫度，選擇了適合高溫流場(chǎng)測(cè)量的譜線對(duì)2059.9147和2060.3322 cm-1。開(kāi)展了氣體池濃度標(biāo)定以及不同當(dāng)量比下平面火焰中CO溫度與濃度測(cè)量，驗(yàn)證了CO濃度測(cè)量的可行性、準(zhǔn)確性和有效性。最后，利用該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)某超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)出口位置航空煤油燃燒產(chǎn)生的CO溫度和濃度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的溫度與濃度變化趨勢(shì)與燃燒室傳感器的壓力變化趨勢(shì)相同，有效反映了航空煤油燃燒過(guò)程中出口位置溫度與濃度變化情況，為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和流動(dòng)機(jī)理研究提供了有力的研究手段和豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。