脈沖電子束熒光技術測量稀薄流場速度研究

陳愛國, 王 杰, 李中華, 李震乾, 田 穎, 龍正義

(中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所, 四川綿陽 621000)

引 言

高超聲速低密度風洞噴管出口的稀薄流場速度是重要參數之一, 如來流的動壓、 Reynolds數等參數計算公式中均包含有速度這一物理量. 速度測量的傳統手段是采用Pitot管獲得流場中測點位置的Pitot壓力, 結合風洞穩定段總壓和總溫, 通過正激波關系式可計算得到流場的Mach數, 進而獲得流場速度, 是一種間接測速的手段. 目前， 流場速度非接觸測量手段有粒子圖像測速技術(particle image velocimetry, PIV)、 Rayleigh散射測速技術、 激光誘導熒光(laser induced fluorescence, LIF)、 脈沖電子束熒光技術(pluse electron beam fluores-cence, PEBF). PIV技術[1-3]和Rayleigh散射測速技術在高超聲速低密度風洞中應用需要流場中有激光散射的粒子[4], 且粒子跟隨性滿足高超聲速流場跟隨性的要求[5], 跟隨性好的粒子直徑小, 制備和存放困難, 往流場中添加難度較大. 激光誘導熒光技術需要流場中有激光可以激發熒光的氣體分子或自由基, 對于以氮氣為主要介質的低密度風洞, 需要添加可激發的氣體[6], 高超聲速低密度風洞中難以直接應用激光誘導熒光技術. 脈沖電子束熒光技術可以在稀薄條件下激發氮氣分子產生熒光, 無需在流場中添加其他組分, 適合高超聲速低密度風洞稀薄流場速度測量; 相比于Pitot管測壓技術這一傳統手段, 測點多, 且相互無干擾.

法國ONERA的Mohamed等 1993年以來采用脈沖電子束技術測量了稀薄流場速度[7-8], 只是給出了平均值, 未給出流場速度分布; 美……