[发明专利]基于丙酮示踪剂的高超声速PLIF风洞实验方法

摘要

本发明涉及一种基于丙酮示踪剂的高超声速PLIF(Plane Laser Induced Fluorescence，平面激光诱导荧光)成像风洞实验方法，诊断系统包括激光光源系统、片状光束整形系统、PLIF图像探测系统和丙酮示踪剂供给系统，将丙酮作为示踪粒子，在常规高超风洞的真空环境下进行粒子投放，得到其在高超声速流场中的荧光信号，应用PLIF测量技术，获得了高超声速流场的二维图像。

主权项

1.一种基于丙酮示踪剂的高超声速PLIF风洞实验方法，本实验在高超声速风洞中进行，包括如下步骤：第一步、将斜劈模型固定在高超声速风洞攻角机构上，使模型上表面保持水平，调节模型上下、前后位置，使其置于激光片光入射窗中央；第二步、将加热带均匀的缠绕在与模型后端相连接的丙酮输入管上，将加热带电极和输入管通过法兰引出高超声速风洞驻室；第三步、打开Nd：YAG激光器，调节片光整形系统，先使激光器发出的波长为1064nm基频光经4倍频后产生266nm的紫外激光，紫外激光经过由透镜组整形成高度为50～70mm大小的片光，最后经由大口径的反射镜将片光经风洞两侧的观察窗反射入风洞驻室中，并使片光置于斜劈模型合适位置；第四步、将带有滤光片的ICCD相机置于高超声速风洞驻室顶部，调节相机位置与成像镜头焦距，使其透过紫外观察窗可以清晰显示激光片光区域；第五步、关闭风洞驻室，打开高超声速风洞旁路阀，使驻室压强与真空球压强平衡，打开真空闸板阀，将风洞下游压强抽至满足高超声速实验要求；第六步、按照计算得到的丙酮体积分数，将一定量的纯丙酮加至丙酮发生器内，打开加热电源使发生器温度达到90℃，通过连接的压力表可判断液体丙酮是否完全汽化，同时加热配电箱也将控制丙酮输入管上缠绕的加热带温度，以防止丙酮蒸汽在输入管内液化；第七步、打开与丙酮发生器相连的空气压缩机，使空压机气罐压强达到2MPa，打开针阀，为丙酮发生器冲入空气进行稀释，当压力表达到一定数值(丙酮摩尔浓度约为18％)时，关闭针阀；第八步、按照高超声速风洞实验步骤，依次打开液压站、气源总阀、截止阀、加热器充气阀，使加热器中压强达到实验要求压强；第九步、打开球阀，对丙酮输入管进行吹除，避免残留的丙酮以及其他微粒对实验的干扰，吹除完毕关闭球阀；第十步、打开流量控制系统，使丙酮蒸汽均匀的从模型前端细缝中喷出，同时打开数字延时信号发生器，使激光光源发出的激光片光和探测器接收频率相符合，此时通过ICCD相机可监视到丙酮示踪剂荧光信号；第十一步、通过高超声速风洞控制系统打开气流快速阀和加热器热阀，同步触发高超声速风洞PLIF图像记录系统、流场总压测试系统，在建立高超声速流场的同时，得到斜劈模型的PLIF图像；第十二步、关闭气流快速阀和加热器热阀，本次试验结束。