分子示踪测速技术是一种基于时间—飞行距离的速度测量方法,该方法通过测量对象目标在某一时间内的位移,并利用基本的速度公式:速度=位移/时间,得到对象目标的速度。区别于PIV技术,MTV技术的示踪粒子采用了气体分子,因此无需考虑示踪分子的跟随性以及破坏性,在高温高速流场应用中具有独特的优势,今年来在科研领域中应用广泛。此外,MTV技术还可以用于研究流体的复杂动力学特性,例如湍流和流体界面。通过追踪分子在流体中的运动,可以获得有关流体行为的详细信息,从而更加深入了解流体力学的问题。
下图展示了利用OH作为示踪分子开展HTV测速的原理示意图。由于在燃烧环境中,OH作为燃烧产物大量存在,为了实现空间分布的区别, t0为标记时刻,利用193nm的真空紫外线光源将燃烧产物H2O解离,产生专用于示踪的OH组分,△t为测量时刻与标记时刻间的时间间隔,△s为△t时间段内的位移, △s与△t的比值即为速度。由于采用的是线光源,因此会得到一条直线上的速度分布。
MTV技术的重点是示踪分子的选取。要求示踪分子在流场空间具有可区分性和可现实性,同时其发光寿命足够长。由于高温环境中水分子(发光基团OH)更多处于振动激发态且OH寿命更长,OH在高温甚至反应流场中具有很好的应用优势,MTV系统采用OH作为示踪粒子(由此该技术又被称为HTV技术)。目前常用的分子成像手段有自发辐射、PLIF等方法。