超音速高温燃烧流场测量

Application Note: PIV-002

超音速燃烧流场的 PIV 测量存在以下困难：火焰的噪声导致 PIV 双曝光相机的 B 帧图像过曝光；高超流场的粒子播撒均匀性和跟随性由于高温燃烧存在，更需要加以考虑。

图 1 高超燃烧火焰流场

实验选择了高敏感、低噪声、 100ns 双曝光间隔时间的 PIV 相机，以及液晶快门解决 B 帧过曝光问题；粒子的选择、播撒是和客户共同解决，涉及到保密，在本资料不作描述。

超音速高温燃烧流场测量实验设备：

实验采用的是型号为 PIVView-200mJ-5.5M 的 PIV 系统，为了保护相机，单独为相机加工了相机保护罩。

液晶快门为型号 300061，快门开启和关闭的时间为 30us，最大工作频率 540FPS。同步器的 AUX 通道为液晶快门提供触发信号和工作电压。

实验时，调整激光器输出能量、相机曝光时间、激光器两帧间隔时间 dt、液晶快门触发时间和触发脉宽、粒子播撒浓度和粒径，最终得到了清晰的 A，B 帧 PIV 图像。

图 2 PIV 相机

图 2 实验现场

图 3 液晶快门波长通过率曲线

实验结果：

图 4 A 帧图像                                                       图 5 B 帧图像

B 帧图像，火焰的影响基本消除，和 A 帧的亮度、粒子浓度基本一致，可以看到清晰的粒子图像。

PIV 实验的速度绝对值和速度场分布和用户数值模拟数据的结果能够相互印证，符合基本的流场规律。该实验同时验证了液晶快门、高敏感度相机在燃烧、高超流场中的作用。