利用CPP飞秒单次脉冲CARS光谱时间分辨测量燃烧场温度.pdf

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1、硕士学位论文利用CPP飞秒单次脉冲CARS光谱时间分辨测量燃烧场温度TIME-RESOLVEDMEASUREMENTOFTEMPERATUREINCOMBUSTIONFIELDBYCPPFEMTOSECONDSINGLE-SHOTCARSSPECTROSCOPY章媛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O433学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文利用CPP飞秒单次脉冲CARS光谱时间分辨测量燃烧场温度硕士研究生：章媛导师：夏元钦教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:O433U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTIME-RESOLVEDMEASUREMENTOFTEMPERATUREINCOMBUSTIONFIELDBYCPPFEMTOSECONDSINGLE-SHOTCARSSPECTROSCOPYCandidate：ZhangYuanSupervisor：Prof.XiaYuanqinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliati

3、on：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要CARS光谱技术是一种理想的测温技术，纳秒CARS光谱技术测温已经比较成熟，但由于其固有的受粒子碰撞效应影响、零点非共振背景强和重频低等特点，不再适用于高温湍流等急剧变化的燃烧场。随着激光技术的发展，开始利用啁啾探测脉冲飞秒相干反斯托克斯拉曼散射(CPPfsCARS)技术进行测温研究。在过去10余年，通过不断完善CPPfsCARS光谱理论研究，改进拟合算法并优化实验光路

4、，使得CPPfsCARS光谱测温技术从测量单一的稳态气体盒温度到测量高温湍流等非稳态燃烧火焰温度，从而实现高温湍流场温度的时间分辨测量，且测温准确度也在不断提高。本文主要利用CPPfs单次脉冲CARS光谱技术对稳态气体和非稳态燃烧火焰进行时间分辨测温研究。研究工作主要包括以下几个方面。（1）建立CPPfsCARS光谱理论模型。通过介质的极化强度推导CARS信号强度表达式，并构建氮气分子响应模型。通过测得的激光束光谱信号构建电场模型。利用这三个模型组建CPPfsCARS光谱理论模型。（2）搭建CPPfs单次脉冲CARS光谱测温实验平台，主要包括搭建用于测量时间分辨为毫秒量级的稳态气

5、体温度以及非稳态燃烧火焰温度变化情况的实验平台。（3）拟合程序仿真研究。对理论模型基本参数进行仿真研究；对不同温度下的分子响应模型进行仿真研究；给出获取理论光谱最佳参数和实验数据最佳温度的拟合流程。（4）利用CPPfs单次脉冲CARS对稳态气体及非稳态燃烧火焰进行290K-1050K的时间分辨温度测量。用测量的实验数据与理论模型拟合得出拟合温度，并算出拟合的精确度和准确度，准确度优于1.5%，时间分辨达到0.01s。关键词：飞秒激光；相干反斯托克斯拉曼散射；啁啾探测脉冲；时间分辨；非稳态火焰测温-I-AbstractAbstractCARSspectroscopyisawidel

6、yrecognizedtemperaturemeasurementtechnique.NanosecondCARSspectrometrythermometrytechnologyisrelativelymature,butduetoitsinherentinelasticcollisionsofmoleculesandlowfrequency,itisnolongersuitableforrapidlychangingcombustionfieldssuchashightemperatureturbulenceflame.Facingofthedemandformeasurin

7、gcomplexcombustionfieldstemperature,itisproposedtouseasingle-shotCARStomeasurethecombustiontemperature,andthechirped-probepulsefemtosecondcoherentanti-StokesRamanscattering(CPPfsCARS)temperaturemeasurementtechnologycameintobeing.Injustoverthe