ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»
ЛАЗЕРНО-ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
САМАРА
Издательство СГАУ
2006
УДК 621.452.32.535.36:621.375/826:621.391.08 (075)
ББК 24.54+32.86-5+22.34
Л17
ЦИ
ОНАЛЬ
НЫ
ПР
ТЕ Т Н ЫЕ
Е
Н
А
О
РИ
ОЕКТЫ
Инновационная образовательная программа
«Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических и геоинформационных технологий»
ПР
И
Авторы: А.А. Диденко, В.В. Бирюк, С.В. Лукачев, С.Г. Матвеев
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. <...> М а т в е е в
Л17
Лазерно-оптические методы диагностики процессов горения :
учеб. пособие / [А.А. Диденко и др.] <...> Особое внимание уделено методам определения скоростей газа и частиц, размеров капель, концентрации продуктов
сгорания и температуры пламени. <...> Суть их состоит в том, что на изучаемый
поток направляются звуковые, радио- или световые волны и по
4
характеристикам их поглощения или рассеяния определяются
требуемые параметры потоков или пламени. <...> К широко используемым лазерно-оптическим
методам и приборам относятся:
– измерители характеристик мелкости капель распыленного
топлива, действие которых основано на использовании дифракции Фраунгофера (приборы Malvern), методов голографии и др. <...> ;
– ЛДИС – лазерные доплеровские измерители скорости газожидкостных потоков (или ЛДА – лазерные доплеровские анемометры), действие которых основано на использовании явления рассеяния и сдвига частоты рассеянного света. <...> Некоторые
разновидности данных приборов позволяют определять размеры
и скорости рассеивающих частиц и капель распыленного топлива (ФДА – фазо-доплеровские анемометры);
– измерители концентраций компонентов и температуры газовых потоков и пламени, в основе <...>
Лазерно-оптические_методы_диагностики_процессов_горения.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»
ЛАЗЕРНО-ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
САМАРА
Издательство СГАУ
2006
Стр.1
УДК 621.452.32.535.36:621.375/826:621.391.08 (075)
ББК 24.54+32.86-5+22.34
Л17
А
Н
Инновационная образовательная программа
«Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических
и геоинформационных технологий»
Авторы: А.А. Диденко, В.В. Бирюк, С.В. Лукачев, С.Г. Матвеев
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В. П. Д а н и л ь ч е н к о
д-р техн. наук, проф. В. Н. М а т в е е в
Лазерно-оптические методы диагностики процессов горения :
Л17
учеб. пособие / [А.А. Диденко и др.]. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм.
ун-та, 2006. – 187 с. : ил.
ISBN 5-7883-0487-3
Изложена общая характеристика лазерно-оптических методов диагностики
процессов горения с кратким сравнением с традиционными
контактными методами. Особое внимание уделено методам определения
скоростей газа и частиц, размеров капель, концентрации продуктов
сгорания и температуры пламени. Содержание пособия соответствует
основным направлениям подготовки специалистов аэрокосмической
и энергетической отраслей.
Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по специальностям 160301 – «Авиационные
двигатели и энергетические установки», 160302 – «Ракетные двигатели»,
140501 – «Двигатели внутреннего сгорания», 200202 – «Лазерные
системы в ракетной технике и космонавтике». Может быть полезно аспирантам,
инженерам и научным работникам.
УДК621.452.32.535.36:621.375/826:621.391.08 (075)
ББК 24.54+32.86-5+22.34
ISBN 5-7883-0487-3
© Самарский государственный
аэрокосмический университет, 2006
2
П
Р
И
О
Р
И
Т
Т
К
Е
Т
Н
Ы
Е
Н
А
Н
Ц
И
О
Л
Ь
Ы
Е
П
Р
О
Е
Ы
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...................................................................................................... 4
1. Методы измерения скорости ................................................................. 8
1.1. Термоанемометры ........................................................................ 8
1.2. Лазерный доплеровский измеритель скорости........................ 12
1.3. Метод пробных частиц............................................................... 44
1.4. Измеритель скоростей и размеров частиц................................ 44
1.5. PIV-методы.................................................................................. 65
2. Методы изучения общей структуры потока....................................... 66
Теневые и интерференционные методы............................................. 66
3. Методы измерения плотности............................................................. 74
4. Методы измерения концентраций компонентов................................ 75
4.1. Методы отбора проб................................................................... 75
4.2. Методы лазерной спектроскопии.............................................. 94
4.2.1. Оптические спектры молекул.......................................... 95
4.2.2. Методы спектроскопии комбинационного рассеяния.110
4.2.3. Метод когерентной антистоксовой рамановской
спектроскопии................................................................. 120
4.2.4. Метод лазерно-индуцированной флюоресценции ...... 128
5. Методы измерения температуры....................................................... 133
5.1. Термопары................................................................................. 133
5.2. Метод обращения линий натрия ............................................. 136
5.3. Методы спектроскопии рассеянного излучения.................... 137
6. Методы измерения давления ............................................................. 139
7. Методы измерения размеров ансамбля сферических частиц
и капель................................................................................................ 141
7.1. Метод малоуглового дифракционного рассеяния
монохроматического излучения.............................................. 141
7.2. Голографические методы......................................................... 166
Заключение.............................................................................................. 173
Список литературы................................................................................. 174
Приложение............................................................................................. 177
3
Стр.3