基于激光干涉层析理论的蒸发喷束的三维测量

　　1引言

　　喷雾燃烧是热机和热力设备的主要燃烧方式。缸内喷束浓度与温度分布对柴油机的着火与燃烧有着重要影响，实测混合气形成过程中油束的浓度与温度分布并进行研究，对理解柴油机的缸内过程，改进其燃烧具有重要意义[1]。现代激光技术的不断发展，为油束浓度与温度分布的测定，提供了先进测试手段。Areoumonis等人采用Rayleigh技术探讨了定量测量实际柴油机中喷束内浓度与温度分布的可能性[2]Dent等人采用激光全息干涉技术，在模拟条件下测取了油束的浓度与温度分布[3]。然而这些研究都是针对二维场或具有轴对称性场进行的。本文所提出的激光干涉层析技术，将获取蒸发喷束浓度与温度分布的三维信息，从而为蒸发喷束浓度与温度的三维测量提供了有效测试手段。

　　2测量原理

　　激光千涉层析技术测量三维瞬变喷雾场浓度分布与温度分布，是利用两次脉冲中通过被测物场的物光所形成的千涉条纹来记录物场在这两次曝光之间折射率场的变化。然后根据折射率场和浓度场与温度场之间的关系求得浓度场和温度场。二次脉冲光线通过雾场的光程差为

　　式中L为光线穿过雾区的路径n:(x，y，z)是雾场的折射率，n。是空气折射率。光程差与干涉图上的条纹位置的关系是:

　　式中又为波长，N为干涉条纹级次。因此干涉图实际上可以看作是雾场沿光线方向的投影。(l)式的反演就是由投影求原场。

　　假设取Z的某一截，Z=Z ₀，如图1(a)所示，则光程差为:

　　采用适当变换^[4]，变换示意图如图1(b)所示，有:

　　　　3实验装置

　　本文的整个实验装置如图3所示，直流电机1驱动喷油泵6，试验用油经过滤器3给油泵供油，喷油泵将试验用油经高压油管9提供给喷油器10。通过电控单次喷射系统13及喷油泵齿杆电磁控制器7来控制喷油器的单次喷射及喷油量。而控制系统13与转角仪12组合则用来确定拍摄的时刻。20为加热电阻丝，用来加热高压容器中的气体，其温度控制则是通过调温器14改变电阻丝两端的电压来实现的。n为冷却水套接口，冷

　　分布受两油束的共同影响。

　　图8(a)是Z=15mm截面各环境温度下油束的浓度分布曲线，随着环境温度的升高，油束中心的浓度降低，基本上与环境温度成线性关系;随着环境温度的升高，相应地加强了空气向然油的传热强度，从而提高了油束的蒸发度，而使得油束半径增大。随着环境温度的增加，由于较大的蒸发度和较小的空气密度，使整个截面上除油束中心部分外浓度都增加。