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平面激光诱导荧光系统
Planar Laser Induced Fluorescence , PLIF
系统特性
平面激光诱导荧光系统是利用激光与物质的相互作用,实现物质分布探测的一种诊断技术。目前该技术的常用应用目标组分有OH、CH、NO等,它们是火焰化学反应中重要的中间产物组分,其测试结果可以为相关领域的理论以及试验研究提供重要的参考数据。同时,结合分子辐射光谱理论以及其它测试手段,PLIF技术还可用于温度、浓度、速度等参数的定量测量研究。
技术原理
每种分子内部都具有其特定能级结构,宏观表现为特定的吸收或者发射光谱特征。当激光与物质相互作用时,这种特定的结构导致只有当激光的波长与其相匹配时,激光才会被强烈的吸收,随后,也有一定的几率将吸收的能量以荧光的形式释放。激光诱导荧光技术就是利用该特性,通过特定波长的激光与物质相互作用,并探测作用后所产生的荧光,从而实现物质的检测以及物质信息的提取。早期的应用受硬件条件限制,激光通常被聚焦成一点,利用光电倍增管实现单点测量。随着技术的进步以及设备的发展更新,为了获取更多的信息,目前激光通常可以被压缩成片状,这样与待测组分作用产生的荧光就表现为二维分布特性,进一步利用高灵敏度的相机,就可以一次性获取片光有效作用区域的全部荧光,得到组分二维分布的信息。
PLIF试验
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PLIF TEST
PLIF现场试验实拍图
PLIF拍摄OH荧光图像
超声速燃烧火焰结构可视化
利用OH-PLIF和CH-PLIF技术,对超声速气流中凹腔稳焰的火焰反应区(OH分布)和放热区(CH分布)进行成像。发现低当量比时,火焰对称分布于凹腔中轴线两侧;高当量比时,火焰贴附燃烧室侧壁并呈现湍流破碎结构。为发动机燃烧室设计提供直接观测依据,优化燃料混合与燃烧效率。
污染物扩散与浓度分布测量
能够实现对污染物浓度场的定量测量,适用于水体、大气等环境中的污染物扩散研究。例如,在水体中,PLIF可用于测量污染物浓度分布、温排水浓度、河口羽流密度场等。在大气环境中,PLIF可用于研究污染物的扩散和混合过程
环境监测与污染控制
可用于环境监测中的污染物浓度测量,如大气中的污染物浓度、水体中的污染物浓度等。其高灵敏度和非接触式测量的特点,使其在环境监测中具有重要应用价值
流体力学
湍流特性分析
在研究湍流混合、扩散等复杂流动现象时,PLIF 系统通过添加荧光示踪剂,测量其浓度场变化,来揭示湍流的微观结构和运动规律。
航空航天
湍流火焰动态研究
湍流火焰的核心特征是火焰前沿的褶皱、拉伸、破碎与再合并等动态演化过程,这些微观结构直接影响燃烧效率、稳定性及污染物生成。PLIF 技术通过对燃烧关键中间产物(如 OH、CH、H₂O₂等)的荧光成像,可实现火焰前沿的瞬时二维可视化
环境科学
湍流燃烧