薛雪峰,李 鐵,2,王 寧,陳 潤(rùn),2,張小卿,2
(1.上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201100;2.上海交通大學(xué) 動(dòng)力裝置及自動(dòng)化研究所,上海 201100)
由于可靠性好、熱效率高等優(yōu)勢(shì),柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置被廣泛應(yīng)用于交通行業(yè)中。但由于火焰撞壁等現(xiàn)象,即便是高效柴油機(jī),燃料燃燒釋放的總能量中壁面熱損失占比也高達(dá)20%~30%[1]?;诒诿鏈囟瓤梢垣@取壁面熱流量和熱損失總量,建立準(zhǔn)確的壁面溫度測(cè)量技術(shù)對(duì)計(jì)算壁面熱損失尤為關(guān)鍵,同時(shí)也是技術(shù)難點(diǎn)之一。
常用的壁面溫度測(cè)量技術(shù)有薄膜熱電偶、熱變色涂層、紅外測(cè)溫等[2]。薄膜熱電偶為侵入性測(cè)溫方法,對(duì)實(shí)際測(cè)溫環(huán)境會(huì)產(chǎn)生干擾,且時(shí)間分辨率較低。熱變色涂層同為侵入性測(cè)溫方法,且只能測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)的最大溫度值。紅外測(cè)溫易受黑體輻射干擾,且需要獲得測(cè)溫表面的具體輻射率信息。激光誘導(dǎo)磷光(laser-induced phosphorescence, LIP)測(cè)溫技術(shù)通過(guò)建立磷光信號(hào)譜峰頻移、強(qiáng)度、衰減壽命等與溫度的相關(guān)參數(shù),可以對(duì)燃燒室壁面進(jìn)行二維溫度分布測(cè)量,具有高時(shí)間分辨率、高空間分辨率和測(cè)溫范圍廣等優(yōu)勢(shì)[2-6]。LIP測(cè)溫依托壁面附著薄磷光涂層作為測(cè)溫介質(zhì),屬于半侵入性測(cè)溫技術(shù),對(duì)測(cè)溫環(huán)境干擾較小,且不受測(cè)溫環(huán)境輻射等條件的限制,具有在復(fù)雜多變的燃燒室環(huán)境中準(zhǔn)確測(cè)量壁面溫度的潛力。
文獻(xiàn)[2-4,7]中列舉了可用于LIP的磷光劑,其中La2O2S:Eu3+和MFG:Mn4+為常用的測(cè)溫磷光劑。La2O2S:Eu3+有3個(gè)信號(hào)譜峰,中心波長(zhǎng)分別為 538 nm、615 nm和625 nm,測(cè)溫范圍為200 K~580 K,適用于較低溫度的測(cè)量[5]。MFG:Mn4+有兩個(gè)信號(hào)譜峰,中心波長(zhǎng)為650 nm和659 nm,測(cè)溫范圍為 13 K~900 K[8-9],測(cè)溫范圍比La2O2S:Eu3+廣,在 700 K~900 K 溫度范圍內(nèi)具有高敏感度[10],柴油火焰撞壁的壁面溫度可高至850 K[11]。可見(jiàn),MFG:Mn4+用于柴油火焰撞壁過(guò)程的壁面溫度測(cè)量更具有可行性。常用的LIP測(cè)溫方法主要有衰減壽命法和強(qiáng)度比法兩種。文獻(xiàn)[12]中以MFG:Mn4+為研究對(duì)象對(duì)比兩種方法,在500 K以下兩種方法的測(cè)溫誤差非常接近,在500 K以上衰減壽命法測(cè)溫誤差比強(qiáng)度比法小1~2個(gè)數(shù)量級(jí),衰減壽命的像素點(diǎn)間相對(duì)誤差小于1%,而強(qiáng)度比法的像素點(diǎn)間相對(duì)誤差為2%~20%??梢?jiàn)衰減壽命法具有更高的測(cè)溫精度。
文獻(xiàn)[2-4,13]中對(duì)LIP測(cè)溫的系統(tǒng)誤差來(lái)源進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)影響因素主要包括激發(fā)光通量、環(huán)境壓力、環(huán)境氧濃度、涂層性質(zhì)等。文獻(xiàn)[14]中以Y2O2S:Eu3+為對(duì)象,提出激發(fā)光通量較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生磷光飽和效應(yīng),并基于磷光原理解釋了飽和效應(yīng)產(chǎn)生的原因。但激發(fā)光通量對(duì)MFG:Mn4+等磷光劑測(cè)溫準(zhǔn)確性的影響有待進(jìn)一步確認(rèn)。文獻(xiàn)[15-16]中通過(guò)試驗(yàn)確定環(huán)境壓力在0.1~3.0 MPa范圍內(nèi)時(shí),環(huán)境壓力和環(huán)境氧濃度對(duì)MFG:Mn4+和La2O2S:Eu3+的衰減壽命影響在誤差范圍內(nèi)。文獻(xiàn)[17-18]中指出發(fā)動(dòng)機(jī)近壁面存在熱梯度,當(dāng)磷光涂層厚度超過(guò)20 μm時(shí),測(cè)溫結(jié)果可能存在差異。文獻(xiàn)[19-20]中指出除熱梯度影響外,不同厚度的磷光涂層的光吸收系數(shù)等存在差異性,這也會(huì)對(duì)測(cè)溫結(jié)果產(chǎn)生重大影響,同時(shí)由于涂層的光學(xué)性質(zhì)及近壁面熱梯度較難獲取,提出將涂層厚度作為表征兩者影響的研究參數(shù)。
本文中采用MFG:Mn4+制作LIP測(cè)溫涂層,基于磷光衰減壽命法,運(yùn)用高速攝影研究激發(fā)光通量和涂層厚度對(duì)測(cè)溫準(zhǔn)確性的影響,基于上述研究結(jié)果利用LIP測(cè)溫法針對(duì)穩(wěn)態(tài)預(yù)混丁烷火焰撞壁進(jìn)行壁面溫度的一維測(cè)量。本研究創(chuàng)新性地將測(cè)溫結(jié)果與薄膜熱電偶進(jìn)行對(duì)比,分析穩(wěn)態(tài)預(yù)混燃燒火焰撞壁下兩者的壁溫分布差異性,驗(yàn)證LIP測(cè)溫方法用于瞬態(tài)壁面溫度測(cè)量的潛力。
激光誘導(dǎo)磷光測(cè)溫(LIP)是一種基于磷光熱淬滅的光學(xué)診斷方法。LIP可以對(duì)磷光顆粒所處空間的點(diǎn)溫度進(jìn)行表征。磷光劑的電子通過(guò)系間竄越,由基態(tài)躍遷至三線激發(fā)態(tài)。由于系間竄越為自旋禁阻過(guò)程,磷光壽命包含系間竄越所需的時(shí)間,因此磷光壽命通常大于10-8s,而熒光壽命小于10-8s。相比于熒光,磷光信號(hào)具有更長(zhǎng)的壽命,易于觀測(cè)[2]。磷光產(chǎn)生過(guò)程中,激發(fā)態(tài)電子以輻射躍遷或非輻射躍遷方式回到基態(tài),其中輻射躍遷產(chǎn)生磷光,非輻射躍遷主要為淬滅現(xiàn)象,不產(chǎn)生磷光。隨著溫度上升,非輻射躍遷占躍遷能量比例上升,導(dǎo)致輻射躍遷釋放光子數(shù)下降,磷光衰減壽命縮短。磷光衰減壽命和信號(hào)強(qiáng)度比等參數(shù)與溫度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)測(cè)量磷光參數(shù)可以獲得溫度變化。
磷光衰減壽命定義為磷光材料受激發(fā)后,磷光信號(hào)強(qiáng)度下降為初始信號(hào)強(qiáng)度1/e的時(shí)間。因?yàn)榱坠庑盘?hào)強(qiáng)度隨時(shí)間呈現(xiàn)多指數(shù)衰減,為了減輕壞點(diǎn)的影響,通常以指數(shù)擬合的方式獲取衰減壽命值。多指數(shù)擬合得到多個(gè)衰減壽命值,對(duì)多個(gè)衰減壽命的取舍存在歧義,故通常以單指數(shù)擬合[21]或雙指數(shù)擬合[22]衰減壽命。對(duì)雙指數(shù)擬合和單指數(shù)擬合結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,擬合的置信區(qū)間均達(dá)到95%以上,但單指數(shù)擬合更為簡(jiǎn)潔,故本研究中采用單指數(shù)擬合。單指數(shù)擬合的準(zhǔn)確度取決于擬合數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻和終止時(shí)刻,所以本研究采用動(dòng)態(tài)信號(hào)窗格t1~t2(t1為信號(hào)窗格起始時(shí)刻,t2為信號(hào)窗格終止時(shí)刻)[21]。t1和t2滿足式(1)和式(2)。
t1=t0+c1τ
(1)
t2=t0+c2τ
(2)
式中,t0為磷光信號(hào)的初始時(shí)刻,μs;τ為磷光衰減壽命,μs;c1和c2分別為窗格起始系數(shù)和終止系數(shù),c1=0.001,c2=4[10]。
單指數(shù)擬合式見(jiàn)式(3)。
I(t)=I0exp(-t/τ)+Ioffset
(3)
式中,I0為激發(fā)后的初始信號(hào)強(qiáng)度;Ioffset為擬合后的縱軸截距,可認(rèn)為是未完全過(guò)濾的環(huán)境噪聲的影響。I0和τ的擬合采用Levenberg-Marquardt算法[10,21]。對(duì)單次磷光衰減的擬合結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 動(dòng)態(tài)信號(hào)窗格下衰減壽命單指數(shù)擬合結(jié)果圖
最小二乘法擬合評(píng)價(jià)指標(biāo)R2>99%。圖像處理前消除背景噪聲[23]。在測(cè)溫范圍內(nèi),磷光衰減壽命隨溫度上升而下降,基于衰減壽命與溫度的非線性關(guān)系可進(jìn)行定量測(cè)溫。
LIP測(cè)溫標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。試驗(yàn)系統(tǒng)由脈沖激光器、直角反射棱鏡、平面反射鏡、擴(kuò)束鏡組、磷光涂層、高溫爐、濾片(透過(guò)波段為600 nm以上)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)高速相機(jī)、信號(hào)同步器組成。圖2中,2ω為脈沖激光器的二倍頻模塊,將激光波長(zhǎng)由1 064 nm轉(zhuǎn)換為532 nm。3ω為三倍頻模塊,將激光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為355 nm。入射激光經(jīng)反射后進(jìn)入擴(kuò)束鏡組,擴(kuò)束倍數(shù)為5倍,生成直徑約為50 mm的均勻平行光斑,照射在磷光涂層板上,磷光涂層板接收到的激光通量為1.00 mJ/cm2。磷光涂層板使用化學(xué)粘合法制成。涂層基板為316不銹鋼板,鋼板表面加工有不同深度的平槽,將磷光劑粉末(MFG:Mn4+)與耐高溫粘合劑(S522,SINWE,耐溫上限為2 000 K)混合均勻后填入平槽內(nèi)。綜合考慮磷光涂層的溫度敏感性[13]與信噪比,選擇混合比為1∶4。經(jīng)退火處理后,進(jìn)行打磨控制厚度,最后用上海精密生產(chǎn)的涂層測(cè)厚儀THM800確定磷光涂層厚度,涂層厚度h的測(cè)量精度為±[(1%~3%)h+1.5 μm]。制得的涂層厚度分別為10 μm、18 μm、30 μm、39 μm、51 μm、68 μm、100 μm、138 μm、194 μm、303 μm、398 μm、494 μm。標(biāo)定試驗(yàn)中,涂層鋼板與熱電偶固定連接,監(jiān)測(cè)整體溫度,當(dāng)高溫爐恒溫區(qū)溫度上升至設(shè)定值時(shí),等待熱電偶示數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量,以熱電偶示數(shù)為標(biāo)定的溫度值。信號(hào)同步器采用內(nèi)觸發(fā)模式,輸出頻率為1 Hz的上升沿信號(hào),激光器延遲為0 ms,CMOS高速相機(jī)延遲為108 ms,保證相機(jī)曝光時(shí)刻與激光照射涂層在時(shí)間上具有一致性。CMOS高速相機(jī)拍攝頻率為 500 000 Hz,曝光時(shí)間為1.5 ms。長(zhǎng)波通濾片允許MFG:Mn4+磷光信號(hào)通過(guò),濾去激發(fā)光反射光,防止相機(jī)損壞,同時(shí)濾去部分雜散光,提高信噪比。
圖2 LIP測(cè)溫標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)
預(yù)混火焰撞壁穩(wěn)態(tài)壁溫測(cè)量系統(tǒng)保留LIP測(cè)溫標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)中的LIP測(cè)溫光路,由高溫爐實(shí)現(xiàn)的恒溫環(huán)境改為預(yù)混火焰噴射器下預(yù)混火焰撞壁的穩(wěn)態(tài)環(huán)境。預(yù)混火焰生成的主要參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 預(yù)混火焰與撞壁參數(shù)
丁烷-空氣預(yù)混火焰撞擊薄鋼板一側(cè)后,經(jīng)過(guò)鋼板傳熱至另一側(cè)。與火焰相對(duì)一側(cè)的水平直徑位置上,以撞壁點(diǎn)為中心,對(duì)稱布置磷光涂層和薄膜熱電偶,待壁溫分布穩(wěn)定后,對(duì)壁面溫度進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)火焰在撞壁點(diǎn)左右形狀對(duì)稱時(shí),認(rèn)為相同半徑距離處的薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果與LIP測(cè)溫結(jié)果具有對(duì)比性。預(yù)混火焰撞壁時(shí)壁面溫度分布測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3和圖4所示。鋼板大小為120 mm×120 mm,磷光涂層寬度為 10 mm,長(zhǎng)度為60 mm,涂層厚度范圍為18 μm~29 μm,覆蓋一側(cè)半徑,用于壁面溫度的一維測(cè)量。預(yù)混丁烷火焰撞壁點(diǎn)為壁面原點(diǎn)O。薄膜熱電偶(SA1-RTD, OMEGA)共有6個(gè),分別安裝于半徑方向上距離撞壁點(diǎn)5 mm、10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm處,6個(gè)熱電偶的測(cè)溫結(jié)果于圖3中依次以T1、T2、T3、T4、T5和T6表示,由轉(zhuǎn)換器讀取和顯示。
圖3 預(yù)混火焰撞壁穩(wěn)態(tài)壁溫測(cè)量系統(tǒng)
圖4 磷光涂層與薄膜熱電偶布置圖
薄膜熱電偶響應(yīng)速度為0.15 s,而LIP測(cè)溫響應(yīng)極快,時(shí)間分辨率取決于MFG:Mn4+的磷光衰減壽命,變化范圍為1 μs~3 000 μs。穩(wěn)態(tài)火焰撞壁的火焰周向分布可認(rèn)為近似對(duì)稱。已知薄膜熱電偶的測(cè)溫精度為 ±0.15 K,將薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果與LIP測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,可驗(yàn)證LIP測(cè)量壁面溫度的準(zhǔn)確性。
在高溫爐中,改變恒溫區(qū)溫度(即標(biāo)定板的環(huán)境溫度Ta),測(cè)量誘導(dǎo)激光通量對(duì)磷光衰減壽命的影響。
圖5為不同溫度下激發(fā)光通量對(duì)磷光衰減壽命的影響。如圖5所示,當(dāng)Ta=20.6 ℃時(shí),激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2~1.66 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)為8.67%,而激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2~1.02 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)僅為2.99%。當(dāng)Ta=121.4 ℃時(shí),激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2~1.87 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)為2.10%。當(dāng)Ta=265.3 ℃時(shí),激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2~1.79 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)為1.82%。而Ta=434.8 ℃,激發(fā)光通量為0.02 mJ/cm2時(shí),衰減壽命出現(xiàn)壞點(diǎn)。這是由于激發(fā)能量低且衰減壽命隨溫度下降,磷光信號(hào)強(qiáng)度較弱,因此所測(cè)得的衰減壽命偏低,容易導(dǎo)致壞點(diǎn)。除去壞點(diǎn),激發(fā)光通量在 0.89 mJ/cm2~1.70 mJ/cm2范圍內(nèi),磷光衰減壽命波動(dòng)為2.24%。由上述可知,在0~1.02 mJ/cm2范圍內(nèi),激發(fā)光通量對(duì)磷光壽命的影響造成的誤差在3%以內(nèi)。
圖5 不同溫度下激發(fā)光通量對(duì)磷光衰減壽命的影響
如圖6所示,激發(fā)光通量變化范圍為 0.02 mJ/cm2~1.00 mJ/cm2,溫度在100 ℃~300 ℃時(shí),衰減壽命無(wú)明顯變化,且在20.6 ℃~434.8 ℃溫度范圍內(nèi)衰減壽命誤差小于3%,在測(cè)溫誤差范圍內(nèi)。溫度大于 300 ℃ 時(shí),激發(fā)光通量對(duì)磷光衰減壽命影響較小。綜上所述,激發(fā)光通量在0~1.00 mJ/cm2范圍內(nèi),磷光衰減壽命波動(dòng)小于3%,測(cè)溫誤差小,且具有信噪比良好、對(duì)激光功耗要求較低的優(yōu)勢(shì),所以本試驗(yàn)中選取激發(fā)光通量為1.00 mJ/cm2。
圖6 不同激發(fā)光通量下衰減壽命隨溫度變化結(jié)果
在激發(fā)光通量為1.00 mJ/cm2的條件下,對(duì)不同厚度磷光涂層的衰減壽命隨溫度變化關(guān)系進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖7所示。
圖7 磷光涂層厚度對(duì)衰減壽命影響結(jié)果
文獻(xiàn)[19]中的仿真結(jié)果表明,當(dāng)磷光涂層大于100 μm時(shí)涂層厚度變化不會(huì)對(duì)測(cè)溫誤差產(chǎn)生明顯影響,厚度小于100 μm時(shí)測(cè)溫誤差隨涂層厚度的增加而增大。故將不同厚度的磷光涂層分為小厚度(10 μm~40 μm)、中厚度(40 μm~100 μm)和大厚度(100 μm~500 μm)3組進(jìn)行對(duì)照。由圖7(b)和 圖7(c) 可知,當(dāng)厚度大于50 μm時(shí),涂層厚度對(duì)磷光衰減壽命的影響較小,在25.9~652.2 ℃溫度范圍內(nèi)測(cè)溫誤差不超過(guò)2%。由圖7(a)可以看出,10 μm~40 μm涂層厚度范圍內(nèi),在不同的溫度區(qū)域中,測(cè)溫結(jié)果存在差異性。因此,對(duì)3個(gè)厚度區(qū)間不同溫度下的衰減壽命波動(dòng)分別進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果如圖8所示。
圖8 3個(gè)厚度區(qū)間不同溫度下衰減壽命波動(dòng)結(jié)果
由圖8中3個(gè)厚度區(qū)間的結(jié)果可以得出,當(dāng)溫度小于347 ℃時(shí)涂層厚度對(duì)測(cè)溫結(jié)果的影響可以忽略不計(jì),而在熱淬滅區(qū)域(347.0 ℃~440.6 ℃)和高溫敏感區(qū)域(>440.6 ℃)存在一定的測(cè)溫誤差。
針對(duì)小厚度磷光涂層,進(jìn)一步對(duì)熱淬滅區(qū)域和高溫敏感區(qū)域的衰減壽命與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定,結(jié)果如圖9所示。由圖9(a)可知,2次升溫標(biāo)定和1次降溫標(biāo)定結(jié)果顯示良好的一致性,衰減壽命標(biāo)準(zhǔn)差小于1%。由 圖9(b) 可知,當(dāng)涂層厚度由18.1 μm增至39.1 μm,在同一溫度下,衰減壽命誤差同樣小于1%,說(shuō)明在小厚度范圍內(nèi),涂層厚度引起的測(cè)溫偏差在允許誤差范圍內(nèi)。因此,在本次研究中,由涂層厚度引起的測(cè)溫誤差可認(rèn)為是非主要誤差來(lái)源。
圖9 小厚度磷光涂層LIP衰減壽命法標(biāo)定結(jié)果
根據(jù)表1,用LIP與薄膜熱電偶在定流量的預(yù)混丁烷火焰撞壁情況下,分別用LIP測(cè)溫和薄膜熱電偶測(cè)溫對(duì)壁面溫度分布進(jìn)行測(cè)量。圖10為撞壁火焰達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的火焰圖像,右側(cè)分布磷光涂層,左側(cè)定距離多點(diǎn)布置薄膜熱電偶,圖中壁面徑向位置 0 mm,距噴嘴出口距離50 mm處為壁面原點(diǎn),即圖4中的撞壁點(diǎn)O。
圖10 火焰撞壁穩(wěn)態(tài)圖像
圖11為L(zhǎng)IP和薄膜熱電偶的測(cè)溫結(jié)果對(duì)比?;鹧嫘螒B(tài)按噴孔軸線軸對(duì)稱,薄膜熱電偶與LIP測(cè)溫結(jié)果接近。由圖11可知,LIP測(cè)溫結(jié)果中最高溫度出現(xiàn)在距撞壁點(diǎn)5 mm處,而薄膜熱電偶測(cè)得最高溫度出現(xiàn)在距撞壁點(diǎn)10 mm處,貼近火焰中心區(qū),LIP測(cè)溫結(jié)果高于薄膜熱電偶測(cè)量值。
圖11 LIP與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果對(duì)比
LIP與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果存在差異的原因有:(1) 薄膜熱電偶測(cè)溫點(diǎn)在壁面上方,LIP的測(cè)溫點(diǎn)在壁面內(nèi),測(cè)溫點(diǎn)差異導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)差異;(2) 薄膜熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)尺寸大于LIP,LIP熱響應(yīng)速度較快;(3) 熱電偶與涂層存在材料性質(zhì)差異,如熱容差異。在實(shí)際測(cè)溫過(guò)程中,由于測(cè)溫介質(zhì)差異,LIP測(cè)溫與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果不同,但是測(cè)溫趨勢(shì)一致[24]。LIP與薄膜熱電偶隨火焰徑向的溫度變化趨勢(shì)基本一致,驗(yàn)證了LIP測(cè)溫技術(shù)的可行性。在徑向方向上,由撞壁點(diǎn)向火焰邊緣發(fā)展,壁面溫度下降快。當(dāng)徑向位置為50 mm時(shí)壁面溫度僅為50 ℃,說(shuō)明火焰撞壁覆蓋區(qū)域邊緣在約50 mm處,LIP與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果極為接近,也說(shuō)明了兩者對(duì)低溫區(qū)熱流束的敏感性趨于一致。根據(jù)文獻(xiàn)[25]的研究結(jié)果,在撞壁距離H與噴嘴直徑d之比大于4時(shí),壁面熱流最大值出現(xiàn)在撞壁點(diǎn)處。試驗(yàn)中撞壁距離H與噴嘴直徑d之比等于10時(shí),壁面熱流量最大值出現(xiàn)在撞壁點(diǎn)處,這與LIP測(cè)溫結(jié)果更為吻合。
(1) 當(dāng)溫度低于265.3 ℃,0.02 mJ/cm2~1.00 mJ/cm2的激發(fā)光通量對(duì)LIP測(cè)溫?zé)o明顯影響;當(dāng)溫度高于265.3 ℃時(shí),磷光衰減壽命隨激發(fā)光通量的增大而延長(zhǎng),在1.00 mJ/cm2時(shí)趨于飽和。
(2) 磷光涂層厚度本身對(duì)于LIP測(cè)溫結(jié)果的影響在允許誤差范圍內(nèi)。當(dāng)厚度變化范圍在10 μm~40 μm 時(shí),隨著涂層厚度增大,磷光衰減壽命僅上升1%,因此涂層厚度在10 μm~40 μm內(nèi)時(shí)涂層厚度的影響可以忽略。
(3) 在預(yù)混丁烷火焰撞壁工況下,驗(yàn)證了LIP測(cè)溫的可行性。相比于薄膜熱電偶,激光誘導(dǎo)磷光所測(cè)得的溫度分布更接近火焰撞壁的熱流分布。