差比式吸收光谱技术及其高焓风洞自由流中NO的诊断.pdfVIP

塑±旦全国高超声速气动力(热)学术交流会 ～～—————————二二二二』二∑一：：：全竺竺 差比式吸收光谱技术及高焓风洞 自由流中NO的诊断 林贞彬葛学贞竺乃宜余西龙姜乃波杨乾锁郭大华 中科院力学所高温气体动力学实验室，北京，100080 摘要本文介绍差比式吸收光者技术＆其用于JF—lo氢氧爆轰驱动激渡风洞自由流中No的诊断结果。该测量 系统以丁e儿素空心阴极灯为光源，以0hIMV为探测设备．通过静态标定．获得一氧化氮r带 系数差别很大并呈非线性的特点．．利用这两条谱线吸收系数的差值，用“差比法”对新建的高焓爆装驱动澈 渡风洞中自由流N0含量的测试结果进行诊断。实验结果表明，在总温8500’K、总压在216^ffa时N)含量甚 微，约为4．1014分子．7cm3。这一结果说明该风洞在这一方面具有很好的性能。 关键诃～霸化嚣y带，吸收光洁．一氧化氯浓度，自由流 引言 为了开展高温真实气体效应研究并给我国新一代航天]s行器的研制提供相应的地面模拟 设备中科院力学所研制成功JF—10爆轰驱动激波风洞“j·|2】_(_；J，这是一台新型的脉冲式高焓风 洞。它利用氢氧爆轰波产生的高温、高压气体为驱动气体，建立高总焓及高驻室压力的气流 状态。 由于这一设备的总温达到8500‘K，因此需要研究该风涮自由流的非平衡程度。，这是高超 声速实验中出现新的要求。 本文者重讨论采用光谱吸收技术诊断气流中NO的含量，从而判断其非平衡程度。 对l奇焓风洞自由流No组分的诊断国际上普遍采用的技术有L工F(激光诱导荧光)技术和光 谱吸收技术。LIF技术设备昂贵，技术复杂，尤其是在爆轰激波风洞中存在着强自发光，给弱 的荧光探测带来更大困难。而光谱吸收技术的难度和经济上的压力都相对的小。尤其是No组 分比较适合于使用吸收光谱法测量，这是因为NO的y带吸收系数较高，容易被激发，它在很 多LIF技术的应用中被用作示踪物就是很好的证明。当然，吸收光谱技术[4]是一种线测量技 术，它得出的结果是在介质吸收路径上的平均值。尽管如此，这种方法在高焓设备上诊断自 由流N0组分仍是很受欢迎的。 把吸收光谱技术应用r高焓风洞自由流的诊断的晟大困难在于消除系统性的误差。在目 前的实验冬件下，设备中使用碳氢化合物薄膜，作为隔离激波管和喷管之间的膜片．在高温 条件下不完全燃烧有可能产生微粒，此外设备上也可能烧蚀下一些金属微粒，这些少量的粒 子混在气流中有可能遮挡掉一部分入射光。为了解决这个问题，我们采用了差比式的吸收光 谱技术。 一、差比式吸收光谱技术 光线iⅡ过均匀气体时，光的吸收由Beer—Lambert．定律描述引： ，i=，：P印f一☆zPm。f1 当气体中含有少量粒子时，考虑到粒子的挡光效应，』h!JI有 I。=I：exp(-k。p。。，一kpP，，) (2) 348 ．；譬蓖=‘ 上式中，E为进入介质的波长为^的光束强度；，。为射出介质后的光束强度；f为光束 在介质中经过的路径长度(cm)；P。h对光束有吸收组分的密度；b称为吸收系数，取决于浓 度、介质的性质，以及夼质温度等。当导致吸收的分子跃迁的共振频率与光束频率相吻合时， 即产生共振吸收时，t的作用就明显地显现出来。 (2)式是考虑到粒子的挡光效应，对(1) 式进行修正，下标“P”代表粒子。在我们的试验中，№谱线的吸收系数是在室温下通过实验 确定的。在一次实验中中同时测量两条谱线五1和五2，则 加㈥“，刖也∥ ㈣ 加[翔“川吨∥ ㈤ 上面两式对减则消去了微粒的遮挡影响。 差比式