[发明专利]一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法及装置，尤其涉及一种利用RP-3航空煤油中的芳香族化合物在波长为266nm的紫外光激发时发出的荧光信号用于燃油空间分布测量的光学测试及误差校正技术。

背景技术

发展先进的燃气轮机燃烧室技术主要依靠良好的雾化、空气和燃料快速并且均一的掺混，这种方式可以避免对燃烧性能、污染物排放和发动机寿命不利的条件出现。液滴平均粒径、粒径分布和燃油空间分布等雾化特性都对燃烧室的性能具有重要的影响。

为提高燃烧效率、降低污染物排放和优化燃烧室出口温度分布，除保证液滴足够小使蒸发过程不是燃烧效率的决定因素外，燃烧室中燃料分布要均匀，因此雾锥燃油空间分布是雾化特性的一重要方面。人为的观察很难发现雾锥的非对称性，除非雾锥非对称性特别严重。因此，对于喷嘴的设计和雾化质量检测需要定量的分析燃油空间分布特性。雾锥中燃油的空间分布特性一般通过径向和周向分布不均匀度表示，其测量方法可以分为两大类：接触式的传统测量方法和非接触式的光学测量方法。燃油径向分布不均匀度传统的检测方法是在喷嘴下方沿径向等角度或等距离布置若干量筒，由量筒中的燃油高度得到燃油沿径向的分布。燃油周向分布不均匀度传统的检测方法是将喷嘴处于中心，喷嘴雾锥的下部周向分为若干扇形区域，一般为12或16个（见图1），把每个扇形区域中的燃油分别收集到容器中，每个容器中燃油量的标准误差表示燃油周向分布不均匀度。虽然传统的检测方法可以给出燃油的空间分布特性，但介入式的传统方法中收集燃油容器的加工精度，对雾锥及周围空气流场的影响，以及燃油喷嘴的安装精度都对周向与径向分布均匀性有较大的影响，测量精度不高。传统的径向和周向两次测量经常产生较大的不重复性。另外，传统的检测方法只能测量一定时间区间内的平均值，不能测量燃油的瞬态分布。非介入式激光诊断方法的出现，解决了介入式方法对雾锥及流场影响的问题。用于流量显示、粒径和燃油分布测量的激光诊断技术包括粒子图像测速仪(PIV)、平面激光诱导荧光(PLIF)、相位多普勒粒子分析仪（PDPA）和平面激光散射方法（PLS）等。基于Lorenz-Mie散射理论的PLS方法已经在雾锥空间分布特性的测量中得到应用，但PLS方法在粒径小于50μm的局部区域，散射信号的强度大于实际的燃油质量分布，因此粒径小于50μm的局部区域，PLS方法测量的燃油质量分布偏大。PLIF方法基于燃油中添加的荧光染料在一定波长的光照射时发出荧光，荧光信号的强度和粒径的立方成正比。但PLIF方法只能用于液滴浓度比较稀疏的雾锥，在液滴浓度较大雾锥中激光强度在测试区沿光程方向成指数减弱，导致沿光程测试区后部激光强度很弱，因此，沿光程测试区后部荧光信号很弱，引起燃油分布测量误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明采用燃油激光诱导荧光方法实现燃油喷嘴雾锥中液滴空间分布特性测量，设计了燃油分布光学测量试验方案和图像处理方案，并设计了激光能量在雾锥中衰减引起燃油分布测量误差的校正方案，提高了燃油分布光学测量的速度和精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种燃油喷嘴液滴空间分布光学测量方法，所述燃油喷嘴喷射的燃油在其正下方形成雾锥，所述燃油中含有示踪组分，其特征在于，所述测量方法包括，

--在所述燃油喷嘴的正下方一定距离处投射一激光片光源，所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴，所述雾锥在片光源的空间位置处的横截面构成一雾锥周向测试平面，或，所述片光源平行于所述雾锥的中心轴，所述雾锥在片光源的空间位置处的截面构成一雾锥轴向测试平面；

--当所述片光源垂直于所述雾锥的中心轴布置时，在所述雾锥周向测试平面的侧下方或侧上方布置一图像采集装置，并与所述雾锥周向测试平面成一定角度，所述图像采集装置采集所述雾锥周向测试平面中的燃油分布图像；当所述片光源平行于所述雾锥的中心轴布置时，垂直于所述轴向测试平面布置一图像采集装置，采集所述雾锥轴向测试截面的真实燃油分布图像；

--所述图像采集装置的镜头前布置一滤光片，所述滤光片用以分离散射信号和荧光信号，使所述图像采集装置只采集荧光信号；