光熱偏轉光譜法測量煤油火焰內的速度分布

王 楠，玄洪文，李德華，聶玉昕

1. 深圳大學物理與光電工程學院, 廣東 深圳 518060 2. 深圳大學深圳市激光工程重點實驗室，廣東 深圳 518060 3. 中國科學院物理研究所光物理重點實驗室，北京 100190

引 言

火焰的光譜和速度測量是燃燒過程診斷和推進動力學的重要研究內容之一。在早期的研究中，激光誘導熒光和拉曼光譜等技術的出現使得流體測速得以實現，而激光多普勒速度測量學由于其測量精度高獲得了更為廣泛應用。由于測量過程本身的復雜性而以及低速測量中的誤差增大使得該方法的應用受到一定限制，于是面向低中速流體和固體材料測量的光熱偏轉光譜法[1-3]光熱偏轉光譜(PTDS)具有一定的實用價值。目前在國際上已實現對火焰和氣體噴流的速度和溫度分布等參數的測量，Rose等使用PTDS方法用于氮氣噴流和氫氧焰的速度測量[4]，Nie等將該方法用于低速流體速度和溫度等參數的測量[5]。目前國內采用PTDS的相關研究主要針對于固體或液體[6]，對于氣體或等離子方面的研究相對較少。本文基于光熱偏轉光譜法實現了對煤油火焰內不同面的速度分布測量，對于火焰燃燒測量診斷和激光技術在火焰診斷中的應用具有實用價值。

光熱偏轉光譜法測速的基本原理如圖1(a)所示。一束泵浦光沿x方向入射到被測流體(或火焰)中，由于流體中成分吸收泵浦光而形成以泵浦光中心點為光心的熱透鏡分布。一束探測光沿y方向(或者按照一定夾角)入射到流體中，探測光入射平面高于泵浦光入射平面，高度差設為Δz。……