燃烧诊断作业Word格式.docx
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来流空气总压
来流空气总温
来流空气流量
模拟飞行高度
采样频率
一次火箭流量
一次火箭氧燃比
5.数据处理方法
本文对采到的信号基于origin软件，绘制出截取的部分时间段的激光探测强度随时间的变化趋势，为了得到发动机出口的流场速度，对工况点的探测器信号进行放大，以便方便快捷的寻找到互相关的点，在此次实验中，均选取的是处于波峰时刻的点进行分析，利用互相关的波峰点的行数差，求解同一个脉冲信号经过前后两个光电探测器的时间差，进而，利用速度，时间与路程的关系，求解此脉冲的速度。
6.实验结果
由于实验测得的数据较为庞大，故仅对其中的部分时间信号进行分析计算。
取6个时间段分别为5.395-5.405s,5.8-5.802s,6.3-6.302s,7.3-7.302s,7.8-7.802s,8.8-8.802s，它们的激光光强探测信号如图2所示：
（a）5.395-5.405s（b）5.8-5.802s
（c）6.3000-6.3020s（d）7.3000-7.3020s
（e）7.8000-7.8020s（f）8.8000-8.8020s
图2不同时间段的激光光强探测信号
为便于读取互相关点，分别对上述6个时间段中最高波峰处进行分析。
与上述6个时间段对应的波峰附近的信号如图3（典型工况点探测器信号放大图）所示：
图3不同时间段最高波峰处的激光光强探测信号（典型工况点探测器信号放大图）
按照顺序，分别记各个图中的最高波峰为位置一，位置二，位置三，位置四，位置五，位置六，通过读取相应的互相关点行数差可得结果如表2：
表2
信号1
信号2
时间差（s）
速度（m/s）
位置一
5.396848
5.39686459999999
0.0000166
1681.7
位置二
5.8001196
5.80013939999999
0.0000198
1414.1
位置三
6.300721
6.30074299999999
0.000022
1272.7
位置四
7.3013474
7.3013529999999998
0.0000056
5000
位置五
7.8003596000000002
7.8003913999999996
0.0000318
880.5031
位置六
8.8004169999999995
8.8004485999999993
0.0000316
886.0759
2拉曼散射计算
计算过程：
（1）光学系统采集到的拉曼光子数：
（2）对于Stokes散射过程，，平均取向的张量元由下式给出，
对于，已经给出，可以得到上式的值。
当转动量子数J较大时，Placzek系数接近与其渐进极限，则zz张量分量为
激光辐照度
对Q分支拉曼信号有贡献的分子数约等于探测体积内的分子数，在500K时，基本上所有的分子都处于振动基态，假设采集所有的Q分支拉曼信号，则
响应的频率为
z方向的散射强度
两个方向的散射强度为
（3）光学收集系统接收到的光子数为
3金属铝燃烧实验研究情况
一、金属铝的燃烧特性
处于溶融层中的单个铝粒子有的可能离开燃烧表面,在气相中点火燃烧,有的则可能在推进剂燃面点火燃烧。
但一般情况下,这类单个燃烧的铝粒子只占少数,大多数铝粒子在熔融层中发生积累。
积累铝粒在熔融层中被加热,当温度达到铝的熔点（933K）时,铝开始熔化。
由于铝的热胀系数比氧化铝大,氧化膜出现裂缝,内部铝逸出。
逸出铝作为“焊桥”,将相互接触的单个铝粒相互粘结在一起,形成铝的凝聚物。
随着燃烧时间的增长,推进剂燃面后退,铝凝团从推进剂内部裸露出来,在火焰区的高温下（1300K）发生点火燃烧。
二、铝燃烧的理论模拟模型
第一类为半经验模型。
模型通过对燃烧机理进行了大量的简化和假设来简化计算量，采用的是总包反应动力学的研究方式。
模型得到的是较为简单的微分方程组，可以通过编程来求解，方便地计算燃烧时间、火焰温度、颗粒质量等参数随时间的变化，但这类模型不能计算出燃烧过程中的组分分布和变化，目前这类模型一般是针对单颗粒铝的燃烧建立的，尚未见铝颗粒云团的半经验模型。
第二类是化学机理模型。
模型基于气相反应动力学机理，考虑铝燃烧过程中涉及的所有基元反应来进行计算。
通常用商业的化学动力学软件如Chemkin来进行求解计算，可以得到反应过程中任意时刻的温度和化学组分变化和分布。
一般也是针对单颗粒铝的燃烧进行研究，通常是二维模型。
第三类是CFD模型。
这类模型计算的对象是铝颗粒云团在管道中与氧化剂的两相流动燃烧。
可以模拟管内压力场、浓度场、两相流速度场、火焰传播情况等，目前只见二维模型的模拟。
4金属燃烧实验报告
一、实验目的
光学实验是实践性很强的，而实验过程对培养学生思维和动手能力、掌握具体工作程序和内容起着相当重要的作用。
实习目的与要求是熟练掌握常用测量仪器的使用，认识并了解光谱仪器的用途与功能。
这次的金属燃烧实验是燃烧诊断学课程理论教学和实验教学相结合的一次实践，目的在于：
1、通过实验，掌握实验的原理及方法,进一步巩固和加深对课程基本知识的理解并使之系统化、整体化；
2、学会使用光学分析仪器——高灵敏光谱仪，了解其大概参数的意义；
3、为了揭示无定形硼粉、镁粉和铝粉在空气中的的燃烧特性，利用激光点火系统研究它们的燃烧过程，采用先进的光纤光谱仪分析燃烧过程中的发射光谱。
通过对推进剂中常用含能粒子——硼、镁、铝——燃烧时的发射光谱的观察，定性了解推断这三类粒子添加剂燃烧的过程。
二、实验原理
1、基本理论：
原子发射光谱法（AES，atomicemissionspectroscopy）
根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线，对元素进行定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。
物质是由各种元素的原子组成的，原子有结构紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子，电子处在一定的能级上，具有一定的能量。
从整个原子来看，在一定的运动状态下，它也是处在一定的能级上，具有一定的能量。
在一般情况下，大多数原子处在最低的能级状态，即基态。
基态原子在激发光源（即外界能量）的作用下，获得足够的能量，外层电子跃迁到较高能级状态的激发态，这个过程叫激发。
处在激发态的原子是很不稳定的，在极短的时间内外层电子便跃迁回基态或其它较低的能态而释放出多余的能量。
释放能量的方式可以是通过与其它粒子的碰撞，进行能量的传递，这是无辐射跃迁，也可以以一定波长的电磁波形式辐射出去，其释放的能量及辐射线的波长（频率）要符合波尔的能量定律。
此次实验中，三种物质在空气（只要是氮氧环境）中燃烧，与空气中的氧气进行反应，也可能与主要成分氮气进行化学反应。
在反应生成新物质的过程中，由于原子能量的变化，会释放能量，产生辐射。
利用摄谱仪进行探测。
2、实验系统及仪器
图1激光点火燃烧实验系统
CO2激光器：
我们采用CO2激光器点火装置对试样进行点火，在变压器升压后，对激光管中CO2放电，气体分子受激辐射，产生波长在10.6微米左右的红外光。
激光器最大功率300W，功率大小连续可调；
采用水冷。
光谱仪：
海洋光学产的PG2000-Pro高灵敏光谱仪，0.13纳米的高光学分辨率，3.8毫秒的积分时间。
计算机：
实现对激光器功率的调节和启动，以及对发射光谱的采集。
反射镜：
采用树脂类镀膜镜片。
激光能量高，一般发射镜容易被烧蚀，且透光性不好。
聚焦透镜：
汇聚激光，上下移动可调节光斑大小（光是看不见的），实现单位面积具有较高的能量。
耐高温坩埚：
装填试样，燃烧，辐射源。
三、实验内容
1、结合课本，事先对发射光谱进行了解；
2、实验系统的安装，对实验设备进行了解；
3、对推进剂中常用粒子添加剂铝、镁、硼分别进行激光点火燃烧实验；
4、观察实验现象，并进行数据采集；
5、实验数据的筛选和分析。
四、实验步骤
1、实验系统安装（已事先组装好）；
2、调节激光器的输出功率大小，计算机上设定激光器工作时长，设定为1秒；
3、预先启动激光器，使其在纸板上留下痕迹以便调节激光直径和定位；
4、用小勺取少量金属粉末试样，装在耐高温的陶瓷坩埚中；
5、将坩埚置于纸板上激光器烧灼的痕迹处；
6、点火前各仪器准备就绪，点击计算机，开始采集数据，同时启动点火，保证点火和数据采集尽量同步，待激光器停止工作后停止采集数据。
7、对每种试样实验2次；
8、实验结束，收拾整理设备离开。
五、实验结果
1、实验现象：
三种试样，燃烧都十分剧烈，有明显火焰产生。
硼粉燃烧，有明亮的白炽色火焰，燃烧时可观察到有绿色火焰。
最后坩埚炸开。
铝粉燃烧，燃烧剧烈，产生呈橘黄色火焰，最后观察到坩埚中留下小的固体块。
镁粉燃烧，燃烧剧烈，产生刺眼的白光。
2、采集的光谱
未知试样谱线图
图2文件夹1的数据
图3文件夹2的数据
图4文件夹3的数据
注：
文件夹1、2、3是未知的（实验时，忘记是取用的哪种试样），因次用后三组已知的试样的谱线图来判别文件夹1、2、3的谱线图分别是属于哪一种粉末的。
已知试样谱线图
图5B粉燃烧光谱图
图6Al粉燃烧光谱图
图7Mg粉燃烧光谱图
以上谱线图均是用OriginLab软件，根据实验采集到的数据进行绘制的。
之后的数据分析结果是在此光谱图上进行的。
六、实验结果分析与讨论
1、观察每组谱线图，发现一般都会有这三个明显的峰：
波长分别是589.3nm、767.13nm、
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