[科普中國]-激光加熱風(fēng)洞

簡介

激光加熱風(fēng)洞是風(fēng)洞的一種類型，利用激光加熱原理，對風(fēng)洞進行加熱，測得流場靜溫、組分含量、流量和氣流速度等高超聲速流場的數(shù)據(jù)，具有污染小又高效的優(yōu)勢。

背景目前在污染試驗研究中測量手段主要有壁壓、熱流、組分探針、紋影、高速攝影等,壁壓和熱流是從測量參數(shù)反推內(nèi)部流場狀況和燃燒狀態(tài),不能直觀反映燃燒的內(nèi)部情況,無法準確得知氣流參數(shù);組分探針的測量方法是接觸式取樣,可能會對待測流場產(chǎn)生影響,從而帶來測量的不確定性,測量結(jié)果需謹慎校正;紋影配合高速攝影可以得到試驗流場的波系結(jié)構(gòu)等特征,但是定量化結(jié)果非常困難。在流場溫度測量方面,常規(guī)的薄膜電阻、熱電偶等接觸式測量手段只能測量流場的總溫。而在發(fā)生水蒸氣凝結(jié)的流場中測量時,薄膜電阻、熱電偶探頭產(chǎn)生的脫體激波又會導(dǎo)致凝結(jié)后的液滴蒸發(fā),從而無法反映出真實的流場參數(shù)。此外,接觸式測量也會對試驗流場產(chǎn)生一定的干擾。

在風(fēng)洞試驗尤其是燃燒加熱風(fēng)洞試驗中存在一定的污染問題,污染組分對試驗結(jié)果的影響使得地面試驗和實際飛行之間的假設(shè)性關(guān)系是不確定和未經(jīng)考驗的,因此,研究污染小又高效的試驗風(fēng)洞具有重要的意義,這既是高超聲速研究的重要課題,又是工程應(yīng)用方面的重要問題,具有強烈的理論試驗研究和工程應(yīng)用背景1。

原理近紅外可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜測量系統(tǒng)(TDLAS)利用特定波長的近紅外激光能量被特定氣體分子吸收形成吸收光譜的原理來測量流場溫度的一種光學(xué)測量技術(shù),具有分辨率高、靈敏度高、選擇性高以及非接觸測量這些優(yōu)點?？梢岳貌煌ㄩL的激光器,對水、二氧化碳、甲烷以及氧氣等進行測量,進而得到流場靜溫、組分含量、流量和氣流速度等重要流場數(shù)據(jù),在眾多超聲速流場測量方法中具有很大的優(yōu)勢。

工件放到風(fēng)洞內(nèi)，感應(yīng)器一般是輸入中頻或高頻交流電(1000-300000Hz或更高)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，利用這個集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000度，而心部溫度升高很小。高頻加熱頻率的選擇：根據(jù)熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。