本发明涉及燃油雾化特性，尤其涉及一种基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法。
背景技术：
1、随着航空工业的高速发展，军用飞机对战术机动性、短距起飞、超声速巡航等优异作战性能提出了较高要求，而民用飞机则向着低成本、高清洁、高可靠性的方向发展。为满足军用、民用飞机的发展要求，航空发动机朝着高推重比、高压比、高温升和低污染等方向发展成为了必然的趋势。燃烧室的燃烧过程是由燃油雾化蒸发、蒸发后燃油与空气掺混、可燃混合气体点火和氧化燃烧反应这一系列步骤在极短时间内逐次完成的。作为整个燃烧过程中的前序步骤，燃油雾化的质量与油气混合体流场形态对燃烧室燃烧过程有着决定性的影响。
2、以往研究中通常采用激光多普勒测速仪、相位多普勒粒子分析仪以及相位多普勒风速仪等激光设备搭配高速摄像机的方式，拍摄燃油喷嘴雾化形态，并采集距离燃油喷嘴出口一定距离的雾锥区域内、某一直线上的油雾信息，分析燃料物理性质、燃油喷嘴的设计参数以及气动参数等因素对液膜破碎、雾化后的油珠粒径大小、尺寸分布及雾化锥角等分布特性的影响规律。经研究发现采用上述方法对燃烧室内燃油雾化特性进行试验测试时，测试结果只能得到雾化场内某一点或某一直线上的特征参数，难以同时获取多种关键参数，从而限制了对燃油雾化过程的全面理解缺乏对燃烧室整体雾化场特性的研究。同时，在受限空间内进行实验测试时难以获得高分辨率的雾化特性和流场特性数据，尤其是在复杂的燃烧室内。并且测量结果的一致性和重复性受喷嘴设计、燃油种类和操作条件变化的影响较大，高温高压对传统测量设备的使用也带来了巨大挑战。此外，这些技术通常需要复杂的数据处理和分析过程，增加了研究人员的工作量和数据处理过程中的不确定性。因此，现有单一光学测量技术在研究受限空间内燃油雾化特性时存在明显的局限性，需要一种更全面、精确的测量技术来解决这些问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法，通过不同波长的激光激发和检测，能够同时获取燃油雾化过程中的油雾浓度、温度以及液滴尺寸等多种关键参数，确保对燃油雾化过程的瞬态捕捉和高分辨率成像。
2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
3、一种基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法，燃油经离心式喷嘴喷入雾化特性可视化测量系统后，利用plif-mie双光谱光学测量系统调节激光，通过同时测量lif信号和mie散射信号的方法，同时获得平均粒径值的二维分布情况；当激光照射到燃油雾化区域时，燃油中的原子通过激光照射后受激发产生能级跃迁，从激发态向低能级衰减的过程中产生的光子则是荧光；通过plif光学测试系统中的平面阵列检测器，获取二维平面上光学信息，包括燃油组分浓度、温度、速度、压力及密度；同时液滴对激光的散射产生mie散射光信号生成散射光谱；通过米氏散射的强度与液滴粒径平方成正比的关系，综合分析这两种信号，最终获得平均燃油浓度和液滴粒径的分布情况；
4、所述雾化特性可视化测量系统包括气源、数字采集与控制系统、试验台、plif-mie双光谱光学测量系统以及综合燃油控制试验系统。其中，plif-mie双光谱光学测量系统包括激光发生器、滤波片系统、片光整形系统、激光探测器、数字延时发生控制器；通过调节激光发生器产生不同波长的激光；通过滤波片系统中的凹柱透镜对激光进行扩束，再经平凸镜汇聚为片激光；通过片光整形系统使片激光射入试验台中的可视化雾化场中保持与试验件侧面视窗保持平行，最终输出宽度为100mm、厚度约为50μm的薄片激光；通过数字延时发生控制器调节激光发生器和激光探测器的延时，以保证所有设备的同步性；通过激光探测器拍摄燃油雾化的整个过程。
5、进一步地，利用plif-mie双光谱光学测量系统调节激光的具体步骤如下：
6、s1：采用dg645数字延时发生控制器，对激光发生器和激光探测器进行外部触发控制，根据延时与激光能量的对应关系，在数字延时发生控制器中选择激光器和探测器的延时为215μs的条件下展开试验，以保证所有设备的同步性；
7、s2：在激光发生器系统产生波长为1064nm、532nm、266nm的线激光；
8、s3：通过调整滤波片系统中的高反、高透镜片组合形式，最终合束输出266nm和532nm波长的激光，输出光斑直径均为9mm；其中266nm波长的激光用于激发煤油荧光，532nm波长的激光用于激发mie散射信号；
9、s4：在片光整形系统中，将光束整形部分固定在型架上，为了便于光路的横向可调和大范围测量，反射镜架固定在一维移动台上，一维移动台以型架为底座，实现片光在试验段内不同纵向截面的激发与测量；线激光通过凹柱透镜扩束，再经平凸镜汇聚为片激光，片激光经反射镜进入雾化场，与侧面视窗保持平行，最终输出宽度为100mm、厚度约为50μm的薄片激光；
10、s5：采用分辨率为2336×1728@10hz的高分辨率工业相机和高增益增强器组成激光探测器部分；
11、s6：将沿进气方向定义为y轴，垂直方向定义为z轴，垂直于该视图方向向外为x轴正向，坐标原点为旋流器出口圆心处，拍摄区域为120×75mm；
12、s7：雾化场的燃油液滴受片激光激发，诱导产生荧光和散射光；其中，散射光信号由滤波片系统中的532nm/10nm带通滤光片捕获，荧光信号由滤波片系统中的ug5滤光片捕获；
13、s8：激光探测器中采用ccd相机搭配icmos相机拍摄燃油雾化的整个过程。
14、进一步地，所述调节激光依据的具体数值计算包括：
15、每个被照射液滴的米氏散射光强度sm(d)与液滴表面积成正比：
16、sm(d)＝amd2
17、其中，sm(d)表示米氏散射光强度；am表示常量；d表示液滴直径；
18、每个被照射液滴的荧光强度sf(d)与液滴体积成正比：
19、sf(d)＝afd3
20、其中，sf(d)表示煤油荧光强度；af表示常量；
21、液滴尺寸分布的索太尔平均直径smd的定义为：
22、
23、其中，k表示smd标定参数；dn(d)表示雾化场中液滴的分布概率；
24、煤油荧光强度sk用以下公式表示：
25、
26、其中，ηopt表示探测器系统总效率；e表示激光单脉冲能量密度，单位为mj/cm2；hc/λ表示波长λ的单光子能量值，单位为mj；vc表示激光照射体积，单位为cm3；χk表示煤油浓度，单位为％；k表示玻尔兹曼常数，单位为j/k；σ表示吸收截面，单位为cm2/molecule；t表示温度，单位为开尔文；p表示压强，单位为pa；φ表示荧光量子产率；χq表示猝灭气体浓度；
27、将上式煤油荧光强度sk简化为下式：
28、sk＝coχk
29、其中，co表示试验常数；该式表示，煤油浓度分布与探测到的荧光信号强度成正比，因此用荧光信号的强度来定性表示煤油分布。
30、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法，采用plif-mie双光谱光学测量技术对燃烧室燃油雾化过程进行分析，可实现对限制空间内模型燃烧室内整体雾化过程进行多参数同时测量。同时，高空间分辨率可适用于更复杂的燃烧室模型研究，高速摄像和同步触发系统能够捕捉快速变化的燃油雾化过程和瞬态流场特性，满足高精度测量需求。本技术不仅适用于航空发动机燃烧室，还可应用于其他燃烧系统和工业燃烧设备的研究和优化，在提高燃烧效率和降低污染物排放方面具有广泛的应用前景和显著的技术优势。
1.一种基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法，其特征在于：燃油经离心式喷嘴喷入雾化特性可视化测量系统后，利用plif-mie双光谱光学测量系统调节激光，通过同时测量lif信号和mie散射信号的方法，同时获得平均粒径值的二维分布情况；当激光照射到燃油雾化区域时，燃油中的原子通过激光照射后受激发产生能级跃迁，从激发态向低能级衰减的过程中产生的光子则是荧光；通过plif光学测试系统中的平面阵列检测器，获取二维平面上光学信息，包括燃油组分浓度、温度、速度、压力及密度；同时液滴对激光的散射产生mie散射光信号生成散射光谱；通过米氏散射的强度与液滴粒径平方成正比的关系，综合分析这两种信号，最终获得平均燃油浓度和液滴粒径的分布情况；
2.根据权利要求1所述的基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法，其特征在于：所述利用plif-mie双光谱光学测量系统调节激光的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的基于plif-mie双光谱光学测量的燃油雾化特性分析方法，其特征在于：所述调节激光依据的具体数值计算包括：
