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2015
能源工程学院
《热物理测试方法及技术》课程作业
物质浓度；压力；温度；速度；颗粒大小；表面特性
Species
concentrations
；
pressure
；
te
mperature
；
velocities
< br>；
particles
characteristic
s
；
surface characteristics
优点：
高灵敏度；
< br>测温范围宽；
测量精度；
空间分辨率高；
响应速度快；
对检测区域无干扰。
non-intrusive
；
high sensitivity
；
high spatial
resolution
空间；
high temporal
resolution
时间；
high
spectral
resolution
光谱分辨率；
multi-
species multi point
；
can
measure non-thermal
equilibrium
非平衡态
1.
General
principle
and
application
of
LIF
technology
in
the
combustion
diagnostic
area.
（
Marcus & Zhihua
Wang
）
激光诱导荧光技术是一种
可视化、非接触式的激光测量方法。利用物质分
子原子在激光照射下能发出荧光的特性，
来检测某种物质的存在以及浓度温度
分布。
< br>原理：
让一束激光通过检测区域，调节激光波长，当激光光子的能量等于
检测区域某种分子的某两个特定能级之间的能量差时，该分子会吸收光子能量
跃迁到高能态，处于高能态的分子不稳定，在一定时间内会返回到基态，同时
分子通
过自发辐射释放能量产生荧光。
然后用
CCD
< br>相机等图像采集工具记录下
随流体一起流动的荧光物质的荧光，从而实现对复杂流
场可视化。
燃烧诊断的应用：
实际应用中，从荧光的分布可以探测粒子的种类；从荧光的强弱可以得知
粒子的浓度和温度；利用其空间分辨性可以测量粒子的浓度场和温度场。
物质浓度温度；
速度
Species concentrations
；
temperature
；
can
measure 2D
temperature and species
distributions
实列：
发动机；汽轮机；燃生物
质锅炉炉膛
?
Engine
applications
–
Tracer, species detection,
visualization
?
Gasturbine applications
–
Fuel detection,
gasphase/liquidphase detection, visualization
?
Furnace/bio
applications,
–
Pyrolysis
高温分解
–
Biomass
experiments
该技术的关键是选择合适的物质与特定波长
< br>(
调节激光器
)
的激光匹配，产
生足够强度的荧光信号为探测器所接收。目前的示踪粒子（即被测物质）有
OH
HC
CO
O2
NO
。
优点：
高灵敏度；
< br>测温范围宽；
测量精度；
空间分辨率高；
响应速度快；
对检测区域无干扰。
non-intrusive
；
high sensitivity
；
high spatial
resolution
空间；
high temporal
resolution
时间；
high
spectral
resolution
光谱分辨率；
multi-
species multi point
；
can
measure non-thermal
equilibrium
非平衡态
2.
General
principle of temperature measurementby Rayleigh
scattering, is it
a quantitative
method? Why?
（
Marcus &
Zhihua Wang
）
一种光学
现象，属于散射的一种情况。又称“分子散射”
。粒子尺度远小
于入射光波长时（小于波长的十分之一）
，其各方向上的散射光强度是不一样
的，该强度与入射光的波长四次方成反比，波长愈短，散射愈强，这种现象称
为瑞利散射。
（
1
）尺度数
α
散射的程度变化
是粒子半径（
r
）与辐射波长（
λ
）比例的函数，连同许多
其它因子，像极化、角度、以及相干性等等
。因此常引用无量纲尺度数
α
=2
π<
/p>
r/
λ
作为判别标准：
< br>
当
α
远小于
< br>0.1
时，可用瑞利散射；
当
α
≥
0.1
时
,
需用米散射；
当
α
>50
时
,
可用几何光学。
瑞利散射技术（
RS
）是基于流场本身分子弹性散射的光学测量方法。由于
瑞利散射信号较弱，并且很容易被米散射或者光学玻璃的散射信号所覆盖
瑞利散射是光照射到粒径比入射光波长小的粒子
(
如原子、分子等
)
后产
生的一种弹性散射，散射光与入射光波长相同。瑞利散射信号强度入射光的频
率
(
或波长
)
存在四次幂关系。
瑞利散射信号强度与温度的倒数成正相关关系，
< br>由此可以根据散射信号得知被测区域的温度。
Rayleigh scattering signal is inversely
proportional to the temperature
Yes
，
it is .But
Major species concentrations have to be known or
estimated
for quantitative temperature
measurements, because of the different Rayleigh
scattering cross-sections for different
species.
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