燃烧诊断学

序 前言 第1章 绪论 1 1.1 燃烧诊断的研究意义 1 1.2 燃烧诊断的发展历史 2 1.3 燃烧诊断的研究方法 3 1.3.1 速度测量 4 1.3.2 组分测量 5 1.3.3 温度测量 6 1.3.4 颗粒测量 7 1.4 燃烧诊断的硬件基础 7 1.4.1 激光器 7 1.4.2 光学分光系统 10 1.4.3 光电探测器 10 参考文献 14 第2章 光谱基本理论 17 2.1 分子的运动与光谱 17 2.2 谱线位置 18 2.2.1 转动光谱 18 2.2.2 振动光谱 19 2.2.3 振动-转动光谱 21 2.2.4 电子光谱 23 2.3 谱线强度 24 2.3.1 转动光谱强度 24 2.3.2 振动光谱强度 25 2.3.3 电子光谱强度 25 2.4 跃迁选择定则 27 2.5 谱线线宽 28 2.5.1 自然加宽 28 2.5.2 多普勒加宽 29 2.5.3 碰撞加宽 29 2.5.4 Voigt线型 30 2.6 分子光谱模拟 30 参考文献 33 第3章 基于吸收光谱的燃烧诊断 35 3.1 简介 35 3.2 理论基础 35 3.2.1 光谱模型 35 3.2.2 光谱数据库 38 3.3 实验方法 38 3.3.1 实验硬件 39 3.3.2 直接吸收光谱 39 3.3.3 波长调制吸收光谱 41 3.3.4 腔增强吸收光谱 43 3.4 应用实例 45 参考文献 46 第4章 基于发射光谱的燃烧诊断 49 4.1 简介 49 4.2 火焰化学自发光 49 4.2.1 基本原理 49 4.2.2 实验技术 50 4.2.3 应用实例 51 4.3 激光诱导荧光 52 4.3.1 基本原理 52 4.3.2 实验技术 54 4.3.3 应用实例 56 4.4 激光诱导磷光 58 4.4.1 基本原理 58 4.4.2 实验技术 64 4.4.3 应用实例 66 4.5 激光诱导炽光 68 4.5.1 基本原理 68 4.5.2 实验技术 71 4.5.3 应用实例 73 4.6 激光诱导击穿光谱 74 4.6.1 基本原理 74 4.6.2 实验技术 76 4.6.3 应用实例 79 参考文献 80 第5章 基于散射光谱的燃烧诊断 85 5.1 简介 85 5.2 瑞利散射 86 5.2.1 基本原理 86 5.2.2 实验技术 89 5.2.3 应用实例 90 5.3 自发拉曼散射 93 5.3.1 基本原理 93 5.3.2 实验技术 95 5.3.3 应用实例 97 5.4 相干反斯托克斯拉曼散射 97 5.4.1 基本原理 98 5.4.2 实验技术 100 5.4.3 应用实例 104 5.5 简并四波混频 105 5.5.1 基本原理 105 5.5.2 实验技术 106 5.5.3 应用实例 108 5.6 激光诱导光栅光谱 110 5.6.1 基本原理 110 5.6.2 实验技术 114 5.6.3 应用实例 115 参考文献 117 第6章 粒子图像测速技术 124 6.1 简介 124 6.2 理论基础 125 6.2.1 粒子发生系统 126 6.2.2 光源照射系统 129 6.2.3 图像采集系统 131 6.2.4 粒子图像评估算法 133 6.2.5 数据后处理 138 6.3 实验方法 139 6.3.1 体视粒子图像测速法 140 6.3.2 片光扫描粒子图像测速法 141 6.3.3 全息粒子图像测速法 141 6.3.4 层析粒子图像测速法 142 6.3.5 光场粒子图像测速法 143 6.3.6 彩虹粒子图像测速法 144 6.3.7 显微粒子图像测速法 145 6.4 应用实例 145 6.4.1 在冷态流场中的应用 145 6.4.2 在燃烧流场中的应用 147 参考文献 152 第7章 图像分析及可视化方法 157 7.1 图像采集硬件与核心参数 157 7.2 图像类型 158 7.3 图像修正与图像映射 161 7.3.1 图像修正 161 7.3.2 图像映射 162 7.3.3 Pinhole模型法 164 7.4 单帧图像分析 167 7.4.1 图像平滑滤波 167 7.4.2 图像轮廓提取 170 7.4.3 图像形态特征量化 172 7.5 序列图像分析 174 7.5.1 运动速度计算 174 7.5.2 动态模态分析 178 7.6 基于深度学习的图像分析 195 7.7 图像分析及可视化工具 198 参考文献 200 第8章 基于分子束-光电离质谱的燃烧诊断 204 8.1 简介 204 8.2 分子束-光电离质谱技术 205 8.2.1 分子束取样 205 8.2.2 电离源 207 8.2.3 定性分析 211 8.2.4 定量分析 212 8.2.5 取样扰动 214 8.3 分子束-光电离质谱技术测量基元反应 215 8.3.1 慢速流动管反应器 216 8.3.2 快速微型反应器 218 8.3.3 激波管 220 8.3.4 快速压缩机 221 8.4 分子束-光电离质谱技术测量热解与氧化反应 224 8.4.1 燃料热解 224 8.4.2 燃料氧化 225 8.5 分子束-光电离质谱技术测量基础火焰 228 8.5.1 层流预混火焰 228 8.5.2 同轴扩散火焰 230 8.5.3 对冲流扩散火焰 231 参考文献 232 第9章 在动力装置中的典型应用及发展趋势 241 9.1 内燃机 241 9.1.1 喷雾测量 241 9.1.2 流场测量 244 9.1.3 温度场测量 246 9.1.4 组分浓度测量 248 9.2 航空发动机和燃气轮机 252 9.2.1 流场测量 252 9.2.2 温度场测量 253 9.2.3 组分浓度测量 255 9.3 火箭发动机 259 9.3.1 流场测量 259 9.3.2 温度场测量 261 9.3.3 组分浓度测量 262 9.4 其他动力装置 265 9.4.1 流场测量 265 9.4.2 温度场测量 265 9.4.3 组分浓度测量 267 9.5 燃烧诊断技术的发展趋势 269 9.5.1 高时间分辨测量 269 9.5.2 高空间分辨测量 274 9.5.3 多物理场同步测量 278 参考文献 280