可调谐二极管激光吸收光谱技术测量风洞流速

谷俊青，徐胜利

（中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥230027）

·激光应用技术·

可调谐二极管激光吸收光谱技术测量风洞流速

谷俊青，徐胜利

（中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥230027）

基于对水蒸气的吸收谱线在超音速流场的多普勒效应，结合HITRAN数据库，选取适合当前环境的吸收谱线7181.1558 cm－1，结合超音速风洞装置建立起一套基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的实验装置，测量对应频移，分析反演出流场速度，实验结果表明，在高速环境下，系统测量流速为563.06 m／s，线性误差为5.09%，效果良好，从而为对激波管等高速脉冲设备的进一步测量实验打下了良好基础。

光谱学；风洞流速；可调谐二极管激光吸收光谱；多普勒频移；水蒸气测量

1 引 言

超音速流和高超音速流在许多具有挑战性的前沿应用领域中都会出现，比如航空航天领域、空气动力推进学领域、燃烧学领域。因此对超音速流和高超音速流的各项参数进行测量相当有意义。

需要特别指出的是，在对超音速流和高超音速流的研究中，尤其以含水蒸气的高超音速流的各项参数的测量［1］最受关注。原因有以下几点：其一，它是空气的自然组成成分，存在于所有涉及空气的流体中；其二，水蒸气是燃烧的基本产物；其三，在实际应用中水蒸气的各项参数和燃烧的程度、燃烧的效率、推进效率、散热量这些性能参数息息相关。因此对水蒸气的测量普遍的和燃烧、推进力、航空动力学装置相关。由于超音速流和高超音速流本身具有速度高、时间空间梯度大的属性，另外在测量过程中有限的光接入和对操作时间要求短（通常是毫秒量级）也使如何进行精确快速的测量变得相当具有挑战性。……