基于激光誘導(dǎo)磷光的火焰碰壁時(shí)壁溫測(cè)試技術(shù)研究

薛雪峰,李 鐵，2,王 寧,陳 潤(rùn)，2,張小卿，2

(1.上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201100；2.上海交通大學(xué) 動(dòng)力裝置及自動(dòng)化研究所，上海 201100)

0 概述

由于可靠性好、熱效率高等優(yōu)勢(shì)，柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置被廣泛應(yīng)用于交通行業(yè)中。但由于火焰撞壁等現(xiàn)象，即便是高效柴油機(jī)，燃料燃燒釋放的總能量中壁面熱損失占比也高達(dá)20%～30%[1]?；诒诿鏈囟瓤梢垣@取壁面熱流量和熱損失總量，建立準(zhǔn)確的壁面溫度測(cè)量技術(shù)對(duì)計(jì)算壁面熱損失尤為關(guān)鍵，同時(shí)也是技術(shù)難點(diǎn)之一。

常用的壁面溫度測(cè)量技術(shù)有薄膜熱電偶、熱變色涂層、紅外測(cè)溫等[2]。薄膜熱電偶為侵入性測(cè)溫方法，對(duì)實(shí)際測(cè)溫環(huán)境會(huì)產(chǎn)生干擾，且時(shí)間分辨率較低。熱變色涂層同為侵入性測(cè)溫方法，且只能測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)的最大溫度值。紅外測(cè)溫易受黑體輻射干擾，且需要獲得測(cè)溫表面的具體輻射率信息。激光誘導(dǎo)磷光(laser-induced phosphorescence， LIP)測(cè)溫技術(shù)通過(guò)建立磷光信號(hào)譜峰頻移、強(qiáng)度、衰減壽命等與溫度的相關(guān)參數(shù)，可以對(duì)燃燒室壁面進(jìn)行二維溫度分布測(cè)量，具有高時(shí)間分辨率、高空間分辨率和測(cè)溫范圍廣等優(yōu)勢(shì)[2-6]。LIP測(cè)溫依托壁面附著薄磷光涂層作為測(cè)溫介質(zhì)，屬于半侵入性測(cè)溫技術(shù)，對(duì)測(cè)溫環(huán)境干擾較小，且不受測(cè)溫環(huán)境輻射等條件的限制，具有在復(fù)雜多變的燃燒室環(huán)境中準(zhǔn)確測(cè)量壁面溫度的潛力。

文獻(xiàn)[2-4,7]中列舉了可用于LIP的磷光劑，其中La2O2S：Eu3+和MFG：Mn4+為常用的測(cè)溫磷光劑。La2O2S：Eu3+有3個(gè)信號(hào)譜峰，中心波長(zhǎng)分別為 538 nm、615 nm和625 nm，測(cè)溫范圍為200 K～580 K，適用于較低溫度的測(cè)量[5]。MFG：Mn4+有兩個(gè)信號(hào)譜峰，中心波長(zhǎng)為650 nm和659 nm，測(cè)溫范圍為 13 K～900 K[8-9]，測(cè)溫范圍比La2O2S：Eu3+廣，在 700 K～900 K 溫度范圍內(nèi)具有高敏感度[10]，柴油火焰撞壁的壁面溫度可高至850 K[11]。可見(jiàn)，MFG：Mn4+用于柴油火焰撞壁過(guò)程的壁面溫度測(cè)量更具有可行性。常用的LIP測(cè)溫方法主要有衰減壽命法和強(qiáng)度比法兩種。文獻(xiàn)[12]中以MFG：Mn4+為研究對(duì)象對(duì)比兩種方法，在500 K以下兩種方法的測(cè)溫誤差非常接近，在500 K以上衰減壽命法測(cè)溫誤差比強(qiáng)度比法小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，衰減壽命的像素點(diǎn)間相對(duì)誤差小于1%，而強(qiáng)度比法的像素點(diǎn)間相對(duì)誤差為2%～20%?？梢?jiàn)衰減壽命法具有更高的測(cè)溫精度。

文獻(xiàn)[2-4,13]中對(duì)LIP測(cè)溫的系統(tǒng)誤差來(lái)源進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)影響因素主要包括激發(fā)光通量、環(huán)境壓力、環(huán)境氧濃度、涂層性質(zhì)等。文獻(xiàn)[14]中以Y2O2S：Eu3+為對(duì)象，提出激發(fā)光通量較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生磷光飽和效應(yīng)，并基于磷光原理解釋了飽和效應(yīng)產(chǎn)生的原因。但激發(fā)光通量對(duì)MFG：Mn4+等磷光劑測(cè)溫準(zhǔn)確性的影響有待進(jìn)一步確認(rèn)。文獻(xiàn)[15-16]中通過(guò)試驗(yàn)確定環(huán)境壓力在0.1～3.0 MPa范圍內(nèi)時(shí)，環(huán)境壓力和環(huán)境氧濃度對(duì)MFG：Mn4+和La2O2S：Eu3+的衰減壽命影響在誤差范圍內(nèi)。文獻(xiàn)[17-18]中指出發(fā)動(dòng)機(jī)近壁面存在熱梯度，當(dāng)磷光涂層厚度超過(guò)20 μm時(shí)，測(cè)溫結(jié)果可能存在差異。文獻(xiàn)[19-20]中指出除熱梯度影響外，不同厚度的磷光涂層的光吸收系數(shù)等存在差異性，這也會(huì)對(duì)測(cè)溫結(jié)果產(chǎn)生重大影響，同時(shí)由于涂層的光學(xué)性質(zhì)及近壁面熱梯度較難獲取，提出將涂層厚度作為表征兩者影響的研究參數(shù)。

本文中采用MFG：Mn4+制作LIP測(cè)溫涂層，基于磷光衰減壽命法，運(yùn)用高速攝影研究激發(fā)光通量和涂層厚度對(duì)測(cè)溫準(zhǔn)確性的影響，基于上述研究結(jié)果利用LIP測(cè)溫法針對(duì)穩(wěn)態(tài)預(yù)混丁烷火焰撞壁進(jìn)行壁面溫度的一維測(cè)量。本研究創(chuàng)新性地將測(cè)溫結(jié)果與薄膜熱電偶進(jìn)行對(duì)比，分析穩(wěn)態(tài)預(yù)混燃燒火焰撞壁下兩者的壁溫分布差異性，驗(yàn)證LIP測(cè)溫方法用于瞬態(tài)壁面溫度測(cè)量的潛力。

1 激光誘導(dǎo)磷光測(cè)溫原理

激光誘導(dǎo)磷光測(cè)溫(LIP)是一種基于磷光熱淬滅的光學(xué)診斷方法。LIP可以對(duì)磷光顆粒所處空間的點(diǎn)溫度進(jìn)行表征。磷光劑的電子通過(guò)系間竄越，由基態(tài)躍遷至三線激發(fā)態(tài)。由于系間竄越為自旋禁阻過(guò)程，磷光壽命包含系間竄越所需的時(shí)間，因此磷光壽命通常大于10-8s，而熒光壽命小于10-8s。相比于熒光，磷光信號(hào)具有更長(zhǎng)的壽命，易于觀測(cè)[2]。磷光產(chǎn)生過(guò)程中，激發(fā)態(tài)電子以輻射躍遷或非輻射躍遷方式回到基態(tài)，其中輻射躍遷產(chǎn)生磷光，非輻射躍遷主要為淬滅現(xiàn)象，不產(chǎn)生磷光。隨著溫度上升，非輻射躍遷占躍遷能量比例上升，導(dǎo)致輻射躍遷釋放光子數(shù)下降，磷光衰減壽命縮短。磷光衰減壽命和信號(hào)強(qiáng)度比等參數(shù)與溫度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量磷光參數(shù)可以獲得溫度變化。

磷光衰減壽命定義為磷光材料受激發(fā)后，磷光信號(hào)強(qiáng)度下降為初始信號(hào)強(qiáng)度1/e的時(shí)間。因?yàn)榱坠庑盘?hào)強(qiáng)度隨時(shí)間呈現(xiàn)多指數(shù)衰減，為了減輕壞點(diǎn)的影響，通常以指數(shù)擬合的方式獲取衰減壽命值。多指數(shù)擬合得到多個(gè)衰減壽命值，對(duì)多個(gè)衰減壽命的取舍存在歧義，故通常以單指數(shù)擬合[21]或雙指數(shù)擬合[22]衰減壽命。對(duì)雙指數(shù)擬合和單指數(shù)擬合結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，擬合的置信區(qū)間均達(dá)到95%以上，但單指數(shù)擬合更為簡(jiǎn)潔，故本研究中采用單指數(shù)擬合。單指數(shù)擬合的準(zhǔn)確度取決于擬合數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻和終止時(shí)刻，所以本研究采用動(dòng)態(tài)信號(hào)窗格t1～t2(t1為信號(hào)窗格起始時(shí)刻，t2為信號(hào)窗格終止時(shí)刻)[21]。t1和t2滿足式(1)和式(2)。

t1=t0+c1τ

(1)

t2=t0+c2τ

(2)

式中，t0為磷光信號(hào)的初始時(shí)刻，μs；τ為磷光衰減壽命，μs；c1和c2分別為窗格起始系數(shù)和終止系數(shù)，c1=0.001，c2=4[10]。

單指數(shù)擬合式見(jiàn)式(3)。

I(t)=I0exp(-t/τ)+Ioffset

(3)

式中，I0為激發(fā)后的初始信號(hào)強(qiáng)度；Ioffset為擬合后的縱軸截距，可認(rèn)為是未完全過(guò)濾的環(huán)境噪聲的影響。I0和τ的擬合采用Levenberg-Marquardt算法[10,21]。對(duì)單次磷光衰減的擬合結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 動(dòng)態(tài)信號(hào)窗格下衰減壽命單指數(shù)擬合結(jié)果圖

最小二乘法擬合評(píng)價(jià)指標(biāo)R2>99%。圖像處理前消除背景噪聲[23]。在測(cè)溫范圍內(nèi)，磷光衰減壽命隨溫度上升而下降，基于衰減壽命與溫度的非線性關(guān)系可進(jìn)行定量測(cè)溫。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)

2.1 標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)

LIP測(cè)溫標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。試驗(yàn)系統(tǒng)由脈沖激光器、直角反射棱鏡、平面反射鏡、擴(kuò)束鏡組、磷光涂層、高溫爐、濾片(透過(guò)波段為600 nm以上)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)高速相機(jī)、信號(hào)同步器組成。圖2中，2ω為脈沖激光器的二倍頻模塊，將激光波長(zhǎng)由1 064 nm轉(zhuǎn)換為532 nm。3ω為三倍頻模塊，將激光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為355 nm。入射激光經(jīng)反射后進(jìn)入擴(kuò)束鏡組，擴(kuò)束倍數(shù)為5倍，生成直徑約為50 mm的均勻平行光斑，照射在磷光涂層板上，磷光涂層板接收到的激光通量為1.00 mJ/cm2。磷光涂層板使用化學(xué)粘合法制成。涂層基板為316不銹鋼板，鋼板表面加工有不同深度的平槽，將磷光劑粉末(MFG：Mn4+)與耐高溫粘合劑(S522，SINWE，耐溫上限為2 000 K)混合均勻后填入平槽內(nèi)。綜合考慮磷光涂層的溫度敏感性[13]與信噪比，選擇混合比為1∶4。經(jīng)退火處理后，進(jìn)行打磨控制厚度，最后用上海精密生產(chǎn)的涂層測(cè)厚儀THM800確定磷光涂層厚度，涂層厚度h的測(cè)量精度為±[(1%～3%)h+1.5 μm]。制得的涂層厚度分別為10 μm、18 μm、30 μm、39 μm、51 μm、68 μm、100 μm、138 μm、194 μm、303 μm、398 μm、494 μm。標(biāo)定試驗(yàn)中，涂層鋼板與熱電偶固定連接，監(jiān)測(cè)整體溫度，當(dāng)高溫爐恒溫區(qū)溫度上升至設(shè)定值時(shí)，等待熱電偶示數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量，以熱電偶示數(shù)為標(biāo)定的溫度值。信號(hào)同步器采用內(nèi)觸發(fā)模式，輸出頻率為1 Hz的上升沿信號(hào)，激光器延遲為0 ms，CMOS高速相機(jī)延遲為108 ms，保證相機(jī)曝光時(shí)刻與激光照射涂層在時(shí)間上具有一致性。CMOS高速相機(jī)拍攝頻率為 500 000 Hz，曝光時(shí)間為1.5 ms。長(zhǎng)波通濾片允許MFG：Mn4+磷光信號(hào)通過(guò)，濾去激發(fā)光反射光，防止相機(jī)損壞，同時(shí)濾去部分雜散光，提高信噪比。

圖2 LIP測(cè)溫標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)

2.2 預(yù)混火焰撞壁的穩(wěn)態(tài)壁溫測(cè)量系統(tǒng)

預(yù)混火焰撞壁穩(wěn)態(tài)壁溫測(cè)量系統(tǒng)保留LIP測(cè)溫標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)中的LIP測(cè)溫光路，由高溫爐實(shí)現(xiàn)的恒溫環(huán)境改為預(yù)混火焰噴射器下預(yù)混火焰撞壁的穩(wěn)態(tài)環(huán)境。預(yù)混火焰生成的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 預(yù)混火焰與撞壁參數(shù)

丁烷-空氣預(yù)混火焰撞擊薄鋼板一側(cè)后，經(jīng)過(guò)鋼板傳熱至另一側(cè)。與火焰相對(duì)一側(cè)的水平直徑位置上，以撞壁點(diǎn)為中心，對(duì)稱布置磷光涂層和薄膜熱電偶，待壁溫分布穩(wěn)定后，對(duì)壁面溫度進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)火焰在撞壁點(diǎn)左右形狀對(duì)稱時(shí)，認(rèn)為相同半徑距離處的薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果與LIP測(cè)溫結(jié)果具有對(duì)比性。預(yù)混火焰撞壁時(shí)壁面溫度分布測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3和圖4所示。鋼板大小為120 mm×120 mm，磷光涂層寬度為 10 mm，長(zhǎng)度為60 mm，涂層厚度范圍為18 μm～29 μm，覆蓋一側(cè)半徑，用于壁面溫度的一維測(cè)量。預(yù)混丁烷火焰撞壁點(diǎn)為壁面原點(diǎn)O。薄膜熱電偶(SA1-RTD, OMEGA)共有6個(gè)，分別安裝于半徑方向上距離撞壁點(diǎn)5 mm、10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm處，6個(gè)熱電偶的測(cè)溫結(jié)果于圖3中依次以T1、T2、T3、T4、T5和T6表示，由轉(zhuǎn)換器讀取和顯示。

圖3 預(yù)混火焰撞壁穩(wěn)態(tài)壁溫測(cè)量系統(tǒng)

圖4 磷光涂層與薄膜熱電偶布置圖

薄膜熱電偶響應(yīng)速度為0.15 s，而LIP測(cè)溫響應(yīng)極快，時(shí)間分辨率取決于MFG：Mn4+的磷光衰減壽命，變化范圍為1 μs～3 000 μs。穩(wěn)態(tài)火焰撞壁的火焰周向分布可認(rèn)為近似對(duì)稱。已知薄膜熱電偶的測(cè)溫精度為 ±0.15 K，將薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果與LIP測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可驗(yàn)證LIP測(cè)量壁面溫度的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)果與討論

3.1 激發(fā)光通量

在高溫爐中，改變恒溫區(qū)溫度(即標(biāo)定板的環(huán)境溫度Ta)，測(cè)量誘導(dǎo)激光通量對(duì)磷光衰減壽命的影響。

圖5為不同溫度下激發(fā)光通量對(duì)磷光衰減壽命的影響。如圖5所示，當(dāng)Ta=20.6 ℃時(shí)，激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2～1.66 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)為8.67%，而激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2～1.02 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)僅為2.99%。當(dāng)Ta=121.4 ℃時(shí)，激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2～1.87 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)為2.10%。當(dāng)Ta=265.3 ℃時(shí)，激發(fā)光通量在0.02 mJ/cm2～1.79 mJ/cm2范圍內(nèi)磷光衰減壽命波動(dòng)為1.82%。而Ta=434.8 ℃，激發(fā)光通量為0.02 mJ/cm2時(shí)，衰減壽命出現(xiàn)壞點(diǎn)。這是由于激發(fā)能量低且衰減壽命隨溫度下降，磷光信號(hào)強(qiáng)度較弱，因此所測(cè)得的衰減壽命偏低，容易導(dǎo)致壞點(diǎn)。除去壞點(diǎn)，激發(fā)光通量在 0.89 mJ/cm2～1.70 mJ/cm2范圍內(nèi)，磷光衰減壽命波動(dòng)為2.24%。由上述可知，在0～1.02 mJ/cm2范圍內(nèi)，激發(fā)光通量對(duì)磷光壽命的影響造成的誤差在3%以內(nèi)。

圖5 不同溫度下激發(fā)光通量對(duì)磷光衰減壽命的影響

如圖6所示，激發(fā)光通量變化范圍為 0.02 mJ/cm2～1.00 mJ/cm2，溫度在100 ℃～300 ℃時(shí)，衰減壽命無(wú)明顯變化，且在20.6 ℃～434.8 ℃溫度范圍內(nèi)衰減壽命誤差小于3%，在測(cè)溫誤差范圍內(nèi)。溫度大于 300 ℃ 時(shí)，激發(fā)光通量對(duì)磷光衰減壽命影響較小。綜上所述，激發(fā)光通量在0～1.00 mJ/cm2范圍內(nèi)，磷光衰減壽命波動(dòng)小于3%，測(cè)溫誤差小，且具有信噪比良好、對(duì)激光功耗要求較低的優(yōu)勢(shì)，所以本試驗(yàn)中選取激發(fā)光通量為1.00 mJ/cm2。

圖6 不同激發(fā)光通量下衰減壽命隨溫度變化結(jié)果

3.2 涂層厚度影響

在激發(fā)光通量為1.00 mJ/cm2的條件下，對(duì)不同厚度磷光涂層的衰減壽命隨溫度變化關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果如圖7所示。

圖7 磷光涂層厚度對(duì)衰減壽命影響結(jié)果

文獻(xiàn)[19]中的仿真結(jié)果表明，當(dāng)磷光涂層大于100 μm時(shí)涂層厚度變化不會(huì)對(duì)測(cè)溫誤差產(chǎn)生明顯影響，厚度小于100 μm時(shí)測(cè)溫誤差隨涂層厚度的增加而增大。故將不同厚度的磷光涂層分為小厚度(10 μm～40 μm)、中厚度(40 μm～100 μm)和大厚度(100 μm～500 μm)3組進(jìn)行對(duì)照。由圖7(b)和 圖7(c) 可知，當(dāng)厚度大于50 μm時(shí)，涂層厚度對(duì)磷光衰減壽命的影響較小，在25.9～652.2 ℃溫度范圍內(nèi)測(cè)溫誤差不超過(guò)2%。由圖7(a)可以看出，10 μm～40 μm涂層厚度范圍內(nèi)，在不同的溫度區(qū)域中，測(cè)溫結(jié)果存在差異性。因此，對(duì)3個(gè)厚度區(qū)間不同溫度下的衰減壽命波動(dòng)分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖8所示。

圖8 3個(gè)厚度區(qū)間不同溫度下衰減壽命波動(dòng)結(jié)果

由圖8中3個(gè)厚度區(qū)間的結(jié)果可以得出，當(dāng)溫度小于347 ℃時(shí)涂層厚度對(duì)測(cè)溫結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)，而在熱淬滅區(qū)域(347.0 ℃～440.6 ℃)和高溫敏感區(qū)域(>440.6 ℃)存在一定的測(cè)溫誤差。

針對(duì)小厚度磷光涂層，進(jìn)一步對(duì)熱淬滅區(qū)域和高溫敏感區(qū)域的衰減壽命與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果如圖9所示。由圖9(a)可知，2次升溫標(biāo)定和1次降溫標(biāo)定結(jié)果顯示良好的一致性，衰減壽命標(biāo)準(zhǔn)差小于1%。由 圖9(b) 可知，當(dāng)涂層厚度由18.1 μm增至39.1 μm，在同一溫度下，衰減壽命誤差同樣小于1%，說(shuō)明在小厚度范圍內(nèi)，涂層厚度引起的測(cè)溫偏差在允許誤差范圍內(nèi)。因此，在本次研究中，由涂層厚度引起的測(cè)溫誤差可認(rèn)為是非主要誤差來(lái)源。

圖9 小厚度磷光涂層LIP衰減壽命法標(biāo)定結(jié)果

3.3 預(yù)混火焰撞壁穩(wěn)態(tài)壁溫測(cè)量

根據(jù)表1，用LIP與薄膜熱電偶在定流量的預(yù)混丁烷火焰撞壁情況下，分別用LIP測(cè)溫和薄膜熱電偶測(cè)溫對(duì)壁面溫度分布進(jìn)行測(cè)量。圖10為撞壁火焰達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的火焰圖像，右側(cè)分布磷光涂層，左側(cè)定距離多點(diǎn)布置薄膜熱電偶，圖中壁面徑向位置 0 mm，距噴嘴出口距離50 mm處為壁面原點(diǎn)，即圖4中的撞壁點(diǎn)O。

圖10 火焰撞壁穩(wěn)態(tài)圖像

圖11為L(zhǎng)IP和薄膜熱電偶的測(cè)溫結(jié)果對(duì)比?；鹧嫘螒B(tài)按噴孔軸線軸對(duì)稱，薄膜熱電偶與LIP測(cè)溫結(jié)果接近。由圖11可知，LIP測(cè)溫結(jié)果中最高溫度出現(xiàn)在距撞壁點(diǎn)5 mm處，而薄膜熱電偶測(cè)得最高溫度出現(xiàn)在距撞壁點(diǎn)10 mm處，貼近火焰中心區(qū)，LIP測(cè)溫結(jié)果高于薄膜熱電偶測(cè)量值。

圖11 LIP與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果對(duì)比

LIP與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果存在差異的原因有：(1) 薄膜熱電偶測(cè)溫點(diǎn)在壁面上方，LIP的測(cè)溫點(diǎn)在壁面內(nèi)，測(cè)溫點(diǎn)差異導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)差異；(2) 薄膜熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)尺寸大于LIP，LIP熱響應(yīng)速度較快；(3) 熱電偶與涂層存在材料性質(zhì)差異，如熱容差異。在實(shí)際測(cè)溫過(guò)程中，由于測(cè)溫介質(zhì)差異，LIP測(cè)溫與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果不同，但是測(cè)溫趨勢(shì)一致[24]。LIP與薄膜熱電偶隨火焰徑向的溫度變化趨勢(shì)基本一致，驗(yàn)證了LIP測(cè)溫技術(shù)的可行性。在徑向方向上，由撞壁點(diǎn)向火焰邊緣發(fā)展，壁面溫度下降快。當(dāng)徑向位置為50 mm時(shí)壁面溫度僅為50 ℃，說(shuō)明火焰撞壁覆蓋區(qū)域邊緣在約50 mm處，LIP與薄膜熱電偶測(cè)溫結(jié)果極為接近，也說(shuō)明了兩者對(duì)低溫區(qū)熱流束的敏感性趨于一致。根據(jù)文獻(xiàn)[25]的研究結(jié)果，在撞壁距離H與噴嘴直徑d之比大于4時(shí)，壁面熱流最大值出現(xiàn)在撞壁點(diǎn)處。試驗(yàn)中撞壁距離H與噴嘴直徑d之比等于10時(shí)，壁面熱流量最大值出現(xiàn)在撞壁點(diǎn)處，這與LIP測(cè)溫結(jié)果更為吻合。

4 結(jié)論

(1) 當(dāng)溫度低于265.3 ℃，0.02 mJ/cm2～1.00 mJ/cm2的激發(fā)光通量對(duì)LIP測(cè)溫?zé)o明顯影響；當(dāng)溫度高于265.3 ℃時(shí)，磷光衰減壽命隨激發(fā)光通量的增大而延長(zhǎng)，在1.00 mJ/cm2時(shí)趨于飽和。

(2) 磷光涂層厚度本身對(duì)于LIP測(cè)溫結(jié)果的影響在允許誤差范圍內(nèi)。當(dāng)厚度變化范圍在10 μm～40 μm 時(shí)，隨著涂層厚度增大，磷光衰減壽命僅上升1%，因此涂層厚度在10 μm～40 μm內(nèi)時(shí)涂層厚度的影響可以忽略。

(3) 在預(yù)混丁烷火焰撞壁工況下，驗(yàn)證了LIP測(cè)溫的可行性。相比于薄膜熱電偶，激光誘導(dǎo)磷光所測(cè)得的溫度分布更接近火焰撞壁的熱流分布。