研究目的
研究激光诱导荧光热成像技术在显著低温对流换热问题中的应用,从而实现对干燥和对流冷却等应用场景中温度场的测量。
研究成果
本研究论证了激光诱导荧光技术在低温对流换热问题中测量温度场的概念。实验装置设计用于探究甲苯示踪氮气在266纳米激光片激发下,其激光诱导荧光(LIF)强度与温度的关系,并采用CCD和增强型CCD相机进行成像。在成功验证低温范围内LIF强度与温度的变化趋势后,该实验装置被改装用于测量加热圆柱体周围的温度场。研究还测试了新兴荧光示踪分子——苯甲醚的应用效果。
研究不足
本研究测定的温度测量不确定性范围为:最小温度(20°C)时±2°C,最大温度(95°C)时±10°C。考虑到激光成像设置的一些局限性,本研究的不确定性相当合理。例如,本研究仅能提供3.6毫焦的激光脉冲能量。若采用脉冲能量更大的激光器,将确保荧光信号相对于成像设备噪声更强。
1:实验设计与方法选择:
搭建了一套激光成像实验装置,采用甲苯作为示踪物质,研究激光诱导荧光(LIF)技术在气体温度测量中的应用。使用波长266纳米、脉宽3-5纳秒的脉冲激光,在特制的校准测试段或密封容器中激发固定温度下可控浓度的甲苯。通过CCD相机和增强型CCD相机(ICCD)检测产生的荧光信号强度I及信号比RI。
2:样品选择与数据来源:
测试段容纳800毫升甲苯与氮气的混合气体,通过顶部阀门注入。使用微升气密注射器精确量取液态甲苯注入并使其蒸发扩散。
3:实验设备与材料清单:
New Wave Solo II Nd:YAG脉冲激光器、β-硼酸钡(BBO)晶体、CCD相机(PCO Sensicam)、ICCD相机(Andor DH520-18T)、紫外熔融石英透镜组、紫外带通滤光片(275-375纳米)、长通滤光片(>305纳米)、短通滤光片(<500纳米)。
4:实验流程与操作步骤:
将荧光信号分为两个波长通道:全波段范围(信号I)和"红端"或更长波段范围(信号Ired)。通过分割两幅图像I(x,y)和Ired(x,y)获得局部信号比RI(x,y),该比值是温度T(x,y)的函数且与局部浓度及激光脉冲能量无关。
5:数据分析方法:
验证了20-60°C范围内甲苯荧光强度与温度的关系。采用相同装置测量了加热圆柱体周围自由对流和强制对流形成的温度场。
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