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光谱模拟

Tue, 17 Mar 2026 00:00:00 +0000

基于本实验室之前发布的对于测量燃烧气体的吸收率以及光谱透射率的界面，我在其基础上再次做出了相应的更新：如有需要请下载下方新的压缩包 flame_spectrum.zip

气体测量时浓度的设定之前不是很精确，因此更新出用浓度定量来设定气体含量，采用ppm，更加精确。
对于透射率的设定，有些时候我们仅需要某种气体透射率或者不需要透射率，只看透射系数，我们也可设定某气体的或者不看透射率，只看吸收系数。
可以手动调节生成图网格划分的精细程度或者图形尺寸的大小。

接下来我详细说明一下如何操作新更新的功能

可以看到手动调节参数组后面跟着气体的比例以及其浓度，因此我们可以调节其浓度来设置其比例。

光谱模拟

看到如图所示除了之前可以设置波数范围，我们也可勾选，可以看到波长的范围，也可以看到分辨率的设置，其次透射率以及吸收系数我们也可以进行选择，对于透射率也可选择某种气体或者全部的透射率。

透射率显示

对于某些我们只想看大体走势或者趋势，不在意某条谱线的情况下，我们可以选择低的网格密度或者图像尺寸，以此来节约时间。或者反之，我们也可以看到的更加精确。

图形显示

最后的模拟结果如下图

加入光谱模拟结果

以上就是更新的内容，所有需求都是自己在实验过程中所设计需要改进的地方，希望能够为同伴提供帮助。

声激励喷嘴的结构与参数设计

Sun, 08 Mar 2026 00:00:00 +0000

今天和大家聊聊声激励脉动系统的结构与参数设计，这也是我的相关实验的核心内容，声激励脉动系统的核心是通过特定结构设计，选择合适的将声能与流体动能结合，观察声流扰动对火焰熄火边界的影响，其结构的设计和参数阈值的选择，直接决定最终激励效果，所以设计环节需要重点把控。

声激励喷嘴

通过阅读相关文献，可以看到前人研究声激励对火焰形态影响的实验装置，因此，本次声激励喷嘴的结构设计，将参考前人的研究，进行声激励喷嘴的设计，如图1为前人所采用的实验装置示意图。如图我们可以看到，前人是在腔体底部安装一个扬声器，在腔体部分通入甲烷和空气通过预混后在出口处直接形成火焰，通过高速相机拍摄火焰形态，对火焰形态进行研究。本研究的声激励实验装置是用于横向射流火焰的研究，因此需要设计适用于本实验的实验装置。

前人实验装置图

需要优先对扬声器进行选择，因为腔体尺寸需要匹配扬声器的参数进行选择，扬声器参数如图2所示。

扬声器参数

由于扬声器需要固定在腔体当中，因此，腔体的直径选择需要大一些，并且在腔体内部安装一个法兰，用于固定扬声器，因此选择直径为325mm的不锈钢腔体，并且在内部高度合适的部位焊接法兰。如图3所示为需要焊接在腔体内部的法兰，其上面分别有八个孔用来固定扬声器，焊接高度距离底部为140mm，适应扬声器的高度。

腔体内部法兰

另外需要在腔体的地步进行密封处理，所以需要在尾部焊接一个法兰并且用一块大小相同的不锈钢板进行尾部的封闭，并且在法兰除使用一个规格相同的密封垫片，用于保证装置的密封性。尾部法兰与密封不锈钢片的尺寸如图4、图5所示，密封垫片与法兰的规格相同，待扬声器连接好后进行密封。

尾部法兰

尾部密封不锈钢片

最终需要将腔体转到10mm的细管上接入横向射流火焰实验装置，但市面上没有合适的漏斗转接，因此通过两次转接最终将235mm的腔体转到10mm的细管上，用于接到横向射流火焰的实验装置上。

另外需要在腔体部位开孔通入空气，并且在细管出口处连接一个三通，一端连接细管，一段连接实验装置，剩余的一端用于连接甲烷。并且需要为扬声器供电，在腔体部分开孔安装航插并且进行密封，即可为扬声器供电使其正常工作。

声激励喷嘴的装配图如图6所示。

声激励喷嘴实物图

功率放大器

根据扬声器的参数，对功率放大器的规格进行选择，选择功率适用于扬声器的功率放大器，确保扬声器能正常工作。

信号发生器

关于信号发生器的选择，需要适配于扬声器的频率范围，该设备中选用10MHz的信号发生器作为输入源。

经过该三个部分，构成了完整的声激励脉动系统，用于实验当中，后续可以采用该系统进行实验，并且可以采用不同相位的激励来观察火焰的燃烧情况，待后续有实验结果还会继续与大家分享。

2026年3月课题组文献讨论

Fri, 06 Mar 2026 11:41:42 +0800

by 张洪民

Wang, Shaojie, Shengming Yin, Weifan Hu, 等. 《MHz-rate laser absorption spectroscopy for temperature and N2O concentration measurements in laser-induced ADN propellant decomposition》. Applications in Energy and Combustion Science 26 (2026年6月): 100469.

创新点

MHz速率激光吸收光谱（LAS）与高速摄影结合

文章主要是将MHz速率激光吸收光谱（LAS）与高速摄影结合，借助 10.6 μm CO₂激光引发 ADN 推进剂快速热分解，通过带偏置三通电路的带间级联激光器（ICL）提升扫描深度。

主要装置如下图

装置图

加热腔采用不锈钢材质，两侧安装硒化锌（ZnSe）窗口，供红外激光穿过；加热腔前端设置蓝宝石窗口，便于高速摄影记录热分解过程；后端设有进、出气管路，用于通入环境气体和排出废气；加热腔正上方还安装有一个硒化锌窗口，供 10.6 μm 二氧化碳激光器对 ADN 样品进行加热。

问题点

但是我们需要注意到，在其对于N2O测量的数据图，如下面两个图中，其纵坐标温度为470k多一点，而对于一个作为高能量密度的新型含能材料这显然是不符合实际情况的。

测量光谱（1）

测量光谱（2）

究其原因，是因为测量N2O这一个中间产物的环境是密封的采用了吸收池，因为本实验的研究对象需要一个加热的温度较高的环境，因此采用的密封吸收池导致实验测量产物N2O大量聚集，而我们采用激光测量谱线的时候，通常是固定的波数测量范围，因此在激光测量时测量的N2O遍布整个吸收池，这就导致测量数据图并不是真实的分解温度而是激光光程内的温度的平均拟合值，因此出现这种情况。

具体的解决方法也很简单，只需要保证环境不密封或者其中N2O可以及时快速的流出即可，快速的吹扫积累的N2O，保证测量环境的准确性减少对于真实实验环境温度的影响。

点评：本质上，这还是 TDLAS的空间分辨率问题。在腔体里面用TDLAS测燃烧产生的N2O，很容易就测到的是扩散到环境中的，这是常见的误区。

Dharmaputra B , Nagpure P , Impagnatiello M ,et al.Flame transfer function measurement of a sequential combustor fuelled with natural gas and hydrogen[J].Combustion and Flame, 2025, 274(000).

PID实现流量控制

Sat, 28 Feb 2026 00:00:00 +0000

在实验使用空压机时，总是会出现上游压力不稳导致流量波动幅度大，压缩空气流量大，大量程的质量流量控制器价格过于昂贵，ALICAT-2000slm量程的需要将近五万元，于是考虑用流量计，PID控制器和电控开度阀自制一个控流装置，以实现稳定流量。

流量计可以输出4-20ma电流信号，将输出的电流信号接到PID控制器，pid设置上下限量程，由pid控制器输出控制信号，控制电控阀的开度。管路连接顺序为，空压机气罐→流量计→电控球阀，流量计的电流信号作为pid的信号输入端，pid接收电流信号后表显流量数值，将控制指令以电流信号输出给电控阀，电控球阀根据指令实现调流稳压。

设备如图

其中，流量计及电控阀需要接DC24V电源，pid控制器需要接85-265VAC，pid接线如图，

将pid控制器的上下限设置成与流量计量程一致，pid控制器的pv为实时信号换算值，sv为预设值，可根据需要设置成对应数值。刚开始先使用25s电控阀进行实验。结果流量计数显正常，pid接收电流信号后表显数值与流量计相符，开度阀能正常工作，但开度阀会因流量超过预设流量而全部关闭然后打开，以此往复，未能达到预期结果。猜测导致实验未达目的的原因是：电控开度阀的动作时间有滞后特性，pid的调节周期（采样频率）短，导致： 1.控制器频繁检测到流量波动，反复输出开度指令，阀门还没完成上一次动作，新的指令又到来，形成“指令打架”； 2.将控制器上下限设为0-1000（与流量计量程一致），阀门的开度指令范围应该是0-100%（对应4-20mA），控制器输出的“0”被阀门识别为“全关”，“1000”被识别为“全开”；当偏差出现时，PID输出容易直接触达0或1000的边界，导致阀门极限动作（全关/全开），而非平滑调节，加剧震荡。

在更换1s快调阀之后，再次进行第二次实验。与之前慢阀门的对比，阀门开关明显变快，开始工作后，上游流量充足，阀门部分开启，流量没有准确达到预设流量，会全部关闭后再重新增大或缩小阀门开度，以此往复，直至准确调整至预设流量，但这种全关的调节，需要消耗大量时间才能使流量达到预设流量，而且每次更改预设流量，都要重新调节，这显然是存在问题的。

次日，进行了第三次实验。通过修改pid指令限幅，阀门全关问题解决，试了几个流量，流量基本能稳稳的控制在设定值，如图，

达到预期成果。有时流量会在区间内波动，可能与上游充气引起压力变化导致的。

此后，进行多次实验总结了使用这套稳流装置的顺序：先开阀给充足的上游流量，然后调限幅，进行PID自整定（之前自整定之所以时间太长是因自整定时流量要超过几次预设值，流量未达到导致自整定失败，只有在实际使用环境才需要自整定。）可知道流量大概上下限，再微调限幅（OPI=FREE,OPL最小电流，OPH最大电流），然后就可以低幅度调流，实现稳流。在使用这个装置以后，上游的流量明显比之前稳定。

Hencken炉的最新进展

Mon, 12 Jan 2026 00:00:00 +0000

自2025年6月12日在连云港实验过第一次设计的Hencken炉后，出现了一些问题，后面又进行了改进，现在再更新一次最新的进展。

在连云港实验过程中发现的主要问题：由于氢氧燃料口排布间距过远，导致氢氧气的混合不均匀，没有达到理想的温度；进气腔没有做一个类似于静压室的结构导致气体流速在不同燃料口不均匀，进而导致燃烧不均匀不稳定。当时主要的实验条件：氢气流量：50slm-500slm、氧气流量：25slm-150slm；前面几组是在当量比为1的条件下进行试验，之后进行大流量时，将氢气调大。燃烧情况如图：后面针对遇到的问题进行改进，首先尽量减少燃料口的间距，之前的气管尺寸为1.3mm、间距为3.5mm，现在气管尺寸为0.7mm、间距减小为1.5mm，这样带来的问题就是水冷只能在外围覆盖，不能打水冷孔到内部；对于燃烧不均匀要加入静压室结构的改进，主要是在进气管进去炉体内部后在前方增加一个隔板，让气体先在隔板隔离出来的空间内稳定，然后再流入燃料管。现在的结构如图：同时连接更改前与更改后的炉子查看燃烧情况，可以看出，修改后的炉子燃烧更加均匀且在相同压力下流速更快

I2-cell

Thu, 25 Dec 2025 00:00:00 +0000

按照如下的图片制作了碘吸收池

碘的升华温度为30度，蒸汽压力与温度的关系为

其中P为碘的饱和蒸汽压，原来的压力单位是有问题的，不是pa，而为mmHg。 t为冷端温度，单位（℃）以上部公式可得出，按照常规的制作方法，把碘密封在玻璃瓶中抽真空，因碘在室温下也会挥发，因此抽真空高度不高，同时会造成系统的污染。

制作流程：

按照图示接好排气系统
装固态碘：先在液氮筒②内灌入液氮，然后从 d 处把金属膜装入管内，这种方法能使碘蒸汽冷却在管内，不至于污染系统。碘的多少按需要放，装完后用火焰把 a 处封死。
排气。排气将液氮灌满液氮筒①，然后将液氮筒②往下移，只冷却住底部的碘，然后开启机械泵，扩散泵进行排气。液氮筒①的作用是进一步防止碘蒸汽进入排气系统。在抽气过程中不断地灌满液筒①、②，还可以用煤气火烤碘管的上面部分以保证吸收池的真空度。
封碘吸收池。封碘吸收池排气完成后，在收口 b 处把吸收池与碘管一起封下，然后用火焰蒸馏碘，把碘蒸汽赶入吸收池内，再在 c 处封下吸收池，这样一个吸收池就制成了。对于充入碘蒸汽压有严格要求的，将 b 处封离后的吸收池及碘管将放在可调温度的水浴加热容器内，并按碘蒸汽压与温度关系式调节相应的所需温度，使吸收池内的蒸汽压达到饱和值；然后用细小的火焰快速在 c 处封下吸收池。通过以上工艺，我们制成的碘吸收池已用于激光研究工作中，解决了真空系统被碘蒸汽污染的技术难题。

需要注意的问题：

如想要碘蒸馏瓶，在与吸收池连接时不行使用橡胶或硅胶管连接碘蒸汽会与其发生反应
在进行吸收池密封后退火时，要先将表面水分或其他杂志清除干净，避免退火后在外壁产生污点

制作的碘吸收池如图：

干涉器制作

Mon, 15 Dec 2025 00:00:00 +0000

使用传统的法布里－珀罗标准具如图所示在使用过程中需要将激光垂直入射标准具，那使用前就需要进行方向的调节，这个过程就会显得繁琐。因此我们制作了一个更为简单方便的能够让光进行干涉的器件：将光分为两路，这两路光的光程不相同在稳定的光程差的条件下，光即可产生稳定的干涉。此外单单只进行分光，会存在一个问题，即分光器不会对激光的传输方向产生显示，在我们将光一分为二再合二为一后，光在光纤内部会正向反向混合传输，导致信号被淹没，因此需要在每一个支路上添加光纤环形器，让光只沿一个方向传播，到最后产生稳定的干涉光。原理图如图所示：实物图如图所示：最终所测得的光的干涉如图所示：没加环形器的测试结果：在这其中还有几个问题需要注意，首先是要保证光程差的稳定，否则干涉光会产生一定的波动，因此我们在测试没问题后，用胶水将所有光路进行固定；其次是由于加入了环形器因此所制作的干涉器也就有了明确的输入端和输出端；最后是光程差的选择我们首先测试了20m，测量结果并不理想，但初步猜测是由于数据采集卡采集频率不够高的问题，然后我们又是试验了在没有明显的光程差的情况下（不单独加光纤，将原来的一条支路进行微小的拉长）、在2m光程下的结果，最终2m的产生会更稳定一些。20m的测试结果如下：

PIV 流场分析软件介绍

Thu, 11 Dec 2025 00:00:00 +0000

在流体力学、空气动力学、燃烧诊断等科研领域，流场数据的精准计算与深度分析是核心环节。传统数据处理流程繁琐，算法选择受限，往往耗费大量时间精力。今天给大家介绍的软件，集成四大核心功能模块，无需复杂编程，就能实现从原始图像到流场动态特性分析的一站式解决方案，让科研效率直接翻倍！

该软件基于 PyQt6 打造直观友好的图形界面，整合了先进的计算机视觉与数据模态分解算法，专为科研场景设计。无论是单组图像的速度场计算，还是多序列图像的批量处理，亦或是流场数据的深度模态分析，都能轻松应对。无需编写一行代码，只需通过简单的参数设置和鼠标操作，就能完成复杂的流场计算任务。

该软件有四大核心功能模块，覆盖流场分析的全流程。

软件主界面

双图片速度场计算

作为软件的基础核心模块，该功能支持从两幅连续时刻的流场图像中，计算高精度二维速度场（U、V 分量），提供两种主流算法供选择：

光流法（Farneback算法）：基于 OpenCV 实现，计算速度快、对硬件资源要求低，适合粒子密度大、有大片连续灰度值的流场场景，比如常规流体流动观测。
神经网络法（PIV-LiteFlowNet-en 模型）：依托预训练深度学习模型，精度更高，对复杂流动模式和低信噪比图像的鲁棒性更强，适合复杂流场研究，但需 GPU 支持以保证运算速度。

计算完成后，会实时生成 U 分量云图、V 分量云图、速度矢量场图和速度分布直方图，还能通过滑块调节矢量箭头长度和速度阈值，让结果可视化更清晰。

双图片速度场计算模块界面

多图像序列批处理

针对按时间序列排列的多幅流场图像，该模块可实现自动化批量处理，无需手动逐组计算。它会依次对（img1,img2）、（img2,img3）…进行运算，最终生成 n-1 个速度场数据。

同样支持光流法和神经网络法，内置进度监控和内存管理功能，即使是长时间批量处理或使用耗资源的神经网络法，也能保证稳定性。生成的速度场文件会自动按序号命名保存，大幅提升数据处理效率，特别适合长时间序列流场观测实验。

多图像序列批处理模块界

在选用以上两种方法时，可以根据以下场景选择：

优先选光流法：实时性优先、场景简单稳定、资源有限、无标注数据。
优先选神经网络法：复杂场景、高精度需求、可接受高计算成本、有充足训练数据。

DMD 分析模块

动态模态分解（DMD）是流场分析的关键技术，该模块采用先进的 BOP-DMD 算法，能从流场时间序列数据中，提取主导的时空演化模态、频率及增长率 / 衰减率，助力研究人员挖掘流场潜在规律。

支持加载多种格式的流场文件（.npy、.csv、.dat、.txt），分析结果通过三大可视化图表呈现：

复平面上的特征值图（直观展示模态稳定性）
前 9 阶时间模态演化曲线
前 9 阶空间模态分布云图

还能对比原始数据与 DMD 重构数据，甚至进行短期流场预测。

DMD 分析模块界面

DMD 分析模块特征值

DMD 分析模块时间模态

DMD 分析模块空间模态

文件格式转换

流场数据处理中常面临格式不兼容问题，该模块提供 .npy 与 .csv 格式的批量转换功能：

.npy 格式：二进制文件，体积小、读写速度快，适合软件内部计算和数据存储。
.csv 格式：文本文件，可读性强，可用 Excel、记事本打开，方便数据交换、人工检查或导入其他不支持 .npy 格式的软件。

操作简单，只需选择目标文件夹和转换方向，一键即可完成批量转换，且完全保留原始数据的 U、V 分量和位置信息。

光谱模拟

Thu, 11 Dec 2025 00:00:00 +0000

基于本实验室之前发布的对于测量燃烧气体的吸收率以及光谱透射率的界面，我在其基础上做出了相应的更新：

在原本只有CO2,H2O分子的基础上，添加了CO,NO,N2O以及NO2气体的测量。
更新了压力调节范围现在其可调压力范围处于10pa-10Mpa
现在界面可以自主选择使用哪个气体，如果不需要某种气体，可任意删除，如果需要哪种气体，也可自主添加。

压缩包如下，请自行打包下载使用。 flame_spectrum.zip

接下来我会详细的说明一下该界面如何使用: 首先，需要在终端中运行py文件，建议是在anaconda的运行终端中运行运行出来的界面如下图所示。

平衡界面

可以看到左侧栏目中有反应机理，初始条件以及组分设置的选择。我们首先点击初始化气体对象的选项，加载我们的反应机理，确定后续反应的原理。然后我们选择组分设置中的输入方式以及预设，输入方式一般采用当量比，预设中有多种选项，后续我们以甲烷-空气反应为例。选择完毕后，就可以点击计算平衡，我们就可以看到右侧热力学状态对比以及主要组分中分内容，如下图所示。

热力学状态及组分

接下来我们就可以点击传输到光谱模拟，我们的界面就会跳转到光谱模拟，其界面如下图所示:

光谱模拟

可以看到现在只有H2O跟CO2的文件，我们可以点击添加分子来选择加入哪个分子，点击完毕以后就会弹出选择界面，我们下面以CO为例，当我们加入CO以后，我们需要在手动设置参数组设置我们需要的温度，压强，气体浓度等等，并且在下面波数范围以及光程长度，我们同样手动设置一下。在设置完成之后，点击加载分子数据以及开始计算按钮，我这里自己随意设置一下参数，可以看到右图数据如下图所示。可以看到在下图中不同气体利用不同颜色已经标注，非常明显看出气体在不同波数下吸收程度以及透射率等参数变化情况，我们可以尝试多加入几种气体观察一下，如下图所示。

加入CO光谱模拟

混合气体光谱模拟

最后我们也可以删除不需要的气体浓度，总之该方法能为从事气体光谱模拟检测研究工作的研究者提供一定便利，我们会继续改进，后续如有问题欢迎留言。

反应流体光谱仿真程序 flame spectrum

Tue, 09 Dec 2025 00:00:00 +0000

我们的反应流体光谱仿真程序分两步。

第一步，气体的化学平衡计算，用Cantera 计算。输入温度压力组分，选择化学平衡的约束条件。得到平衡后的热力学状态，比如火焰温度。

化学平衡计算截图

第二步，光谱仿真，用HITRAN计算。化学平衡后得到的温度压力主要组分浓度参数，用来做光谱仿真。主要组分是H2O和CO2 。

当然也可以直接在这个光谱仿真页面输入组分浓度和温度压力参数，直接仿真光谱。

下面图是2um附近仿真，可以看到水的吸收比较强，大概比CO2高了一个数量级。

2um附近水、二氧化碳混合气体光谱仿真截图

下面图是我们之前4um激光测同轴扩散火焰的仿真。可见此处二氧化碳吸收强，而且没有水的干扰。

4.2um附近水、二氧化碳混合气体光谱仿真截图

这个软件框架很灵活，只需要选择不同的数据库就可以模拟不同波段的光谱。

请打包下载几个 py 文件和示例中的par 文件。 flame_spectrum.py 调用了 voigt_simulation 文件夹中 hitran_spectrum_dual.py （可以单独运行对H2O和CO2混合气体仿真）。

flame_spectrum.zip

有问题和建议，请随时留言或者发邮件咨询。

未来新版本软件将包含更多的分子，特别是HITRAN数据库中没有的分子或者波段。比如紫外波段很多自由基还没有高分辨率光谱工作以支持HITRAN数据库条目。完全可以用 NASA JPL数据库产生HITRAN数据来做。

第一部分反应流体的仿真用Cantera 就可以了，准备主要把第二部分做丰富。燃烧仿真，湍流燃烧还是很难算的，Fluent 可以大概算算。用 Cantera 和 Chemkin 算一般的反应动力学计算，比如火焰温度。分子光谱仿真就很小众了，图形化的有 pgophor，最全的应该是 SPFIT/SPCAT 。LIFbase是专门的几个双原子分子的LIF光谱数据库仿真。几何光学仿真用 zemax，但感觉一般也不需要。

通过一段时间的积累，我们的程序就可以自动化仿真出不同火焰的不同波段光谱了。 Gaydon 在《The Spectroscopy of Flames》中就给出了很多不同火焰的光谱plate。希望我们能有一天可以给出这些光谱的仿真，达到对火焰比较好的理解。

HITRAN 数据库用法

Sat, 08 Nov 2025 00:00:00 +0000

在上一篇吸收光谱简介，我们介绍了分子吸收光谱的基本知识。常见的分子光谱的数据库有：

HITRAN, USA Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Molecular Data
NASA JPL Molecular Spectroscopy, USA
The Cologne Database for Molecular Spectroscopy, CDMS, Germany
GEISA Spectroscopic Database, France
Pacific Northwest National Labs Spectral Database, USA
Ames Research Center Infrared Spectral Database of PAH, USA
MPI-Mainz-UV-VIS Spectral Atlas of Gaseous Molecules, Germany
surface types: US Geological Society Digital Spectral Laboratory, USA
NIST Chemistry WebBook, USA
AIST Integrated Spectral Data Base System for Organic Compounds, Japan
Bremen, Institute of Environmental Physics, Germany
LISA database (SCOOP), France
Institute of Atmospheric Optics (CO2 O3), Tomsk, Russia
Instituto Superior Tecnico SPATRAN, Gas and Plasma Radiation Database, Italy

HITRAN数据库是我们最常用的分子光谱谱线的数据库。NASA JPL 数据库中有很多星际分子的谱线，另外JPL数据库用的 SPCAT/SPFIT 软件也是功能非常强大。未来我们会尝试用 SPCAT 模拟高温反应流体的分子光谱。Tomsk 有很好的CO2的光谱数据库。

冉佳兴

Wed, 22 Oct 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

大家好，我叫冉佳兴，土家族，出生于2002年12月6日，重庆酉阳人。2021-2025年于重庆理工大学车辆工程学院，攻读车辆工程专业，并取得工学学士学位。2025年9月来到山东科技大学机电学院攻读机械专业硕士学位，目前主要的研究方向是在发动机出口的温度组分压力条件下测量NO/NO2、355nm PLIF 测coflow/crossflow 火焰温度以及266nm OH-PLIF ，4倍频测 crossflow。我希望在未来的研究生学习生涯中，能够保持严谨、科学的科研态度，努力提升自己的专业素养，与各位志同道合的伙伴在这个领域继续深耕，找到自己的人生价值。

张家艺

Wed, 22 Oct 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

张家艺，男，汉族，2001年生，来自河南新乡。本科就读于河南科技大学，所学专业为机械设计制造及其自动化。目前是山东科技大学机械电子工程学院2025级硕士研究生。研究方向是搭建多路TDLAS层析系统，实现发动机喷管温度场/浓度场成像。

赵鑫浩

Wed, 22 Oct 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

大家好，我叫赵鑫浩，中共党员，出生于2004年4月，男，汉族，来自江苏省苏州市，本科毕业于南京工程学院，专业是机械设计制造及其自动化，于2025年来到山东科技大学攻读硕士专业学位，主要的研究方向是无人机风洞实验和tomo-TDLAS、2um测crossflow火焰温度、发动机出口、喷雾 266nm PIV 煤油喷雾等项目，立在培养自己独立解决科研难题的能力，提升自己的专业能力，养成严谨，科学的研究态度，期待在未来的工程与学习中，能够将自己所学运用到实际项目中，也希望能与各位志同道合的伙伴共同进步，探索这个充满无限可能的领域。

张洪民

Tue, 21 Oct 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

张洪民，男，中共党员，出生于2002年8月，来自山东省潍坊市，本科毕业于齐鲁工业大学机械设计制造及其自动化，并获得学士学位。硕士阶段，目前在学习串脉冲染料激光，期待在未来的的学习生活中，能够找到适合自己的研究方法，并且在本领域取得一定的成果。

赵殿虎

Tue, 21 Oct 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

赵殿虎，男，汉族， 1998 年6月出生，来自江苏盐城。2020年本科毕业于江苏大学无锡机电学院，专业是机械电子工程，毕业后曾在自动化和光伏装备行业从事过电气设计工作，于2025年到山东科技大学攻读硕士学位。现在的课题是发展反射模式的TDLAS和成像（PIV PLIF）测量方法结合和研究crossflow主动控制流量、激励，在上游波动情况下，学习用图像监测火焰高度并实时主动控制火焰高度的方法。希望在接下来的科研过程中学习更多新知识，锻炼自己解决问题的能力。

吸收光谱简介

Fri, 03 Oct 2025 00:00:00 +0000

简介

在燃烧诊断中，吸收光谱的测量方法从光源上分非激光和激光两大类。传统的非激光的吸收光谱测量，最早从 Hertzberg 那时侯开始，多采用宽频的非相干光源如闪光灯和红外热幅射光源，结合光栅、滤片或者干涉仪进行分光，通过测量不同波长电磁波的透射光强被火焰吸收减弱得到吸收光谱定量信息，就可以获得燃烧体系中分子浓度、温度、压力和速度的信息，能得到很多对火焰结构的测量结果和深刻理解。比如Gaydon的书《Flames，Their Structure, Radiation, and Temperature》

激光在 20 世纪下半叶的发明和应用，极大地促进了吸收光谱的发展。激光吸收光谱用高亮度、窄线宽的可调激光光源，当扫描激光波长时，光电探测器测量不同波长激光在通过燃烧体系后的光强损失，从得到所扫描的激光波长范围内的高分辨率的激光吸收光谱。现代的激光吸收光谱多指采用近红外和中红外半导体激光光源，通过调制方法扫描激光的波长，光电探测器直接测量不同波长激光在通过燃烧体系后的光强损失，从得到所扫描的激光波长范围内的可调谐半导体吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)。

吸收光谱研究的是光与物质作用过程中最基本的吸收过程，是最基本的燃烧诊断方法，有易于操作、选择性强、定量准确、灵敏度高的优点。吸收光谱所测量的光谱有位置、强度、和线宽三个基本信息，可以定量地研究反应流中分子浓度、温度、压力和流速等各种信息。谱线的位置由所测量分子的能级结构决定，与燃烧体系的温度压力等热力学状态与流场结构无关。（在高压燃烧环境中，分子碰撞导致的能级降低和多普勒效应还会引起的微小的吸收峰位置的移动。）因此可以通过测量燃烧体系的吸收谱准确地区分所测量的不同分子，具有极高的选择性(selectivity)。在谱线强度测量方面，结合光腔共振等方法增加吸收路径的长度，吸收光谱可以测量ppt量级的分子浓度，具有很高的灵敏度(sensitivity)。研究吸收光谱所测量的谱线吸收强度只需考虑体系状态从低能级到高能级的光子吸收这一简单过程，可以忽略上能级过程，实验和理论计算均可较准确的定量研究。因此吸收光谱的最大特点为定量准确(absolute)。

本文主要介绍吸收光谱中常用的一些定量关系。包括 Einstein A B 系数的介绍和HITRAN 数据库的使用。可以参考Peter Bernath 的课本《Spectra of Atoms and Molecules》和这篇 HITRAN 官方的介绍文献[1]。

Einstein’s A and B constant

这里从量子力学能级的角度对光子吸收过程稍做描述。分子对光子的吸收模型是上下两个能级之间的跃迁，因此将分子看作包含$|\phi_0\rangle|\phi_1\rangle$两个态的两能级系统(two-level system)，将光用经典的电磁波理论看作一个正弦波描述的波动电场。由于吸收光谱中所用激光的瞬时电场强度远远小于分子内原子和电子之间的作用强度，可以将激光的作用做含时微扰处理。当电磁波达到共振频率时，有较大的跃迁速率。（电磁波的频率以 [$\mathrm{Hz}$]为单位。）可以得到下能级到上能级的吸收(absorption)与上能级到下能级的受激辐射(stimulated emission)的跃迁速率$B$ [$\mathrm{s^{-1} /(J \cdot m^{-3}\cdot Hz^{-1}}$][2]：

$$ \begin{aligned} \frac{d N_1}{d t} &= -\frac{d N_0}{d t} = B_{1\leftarrow0} \cdot \rho(\nu) \cdot N_0 \\ -\frac{d N_1}{d t} &= \frac{d N_0}{d t} = B_{1\rightarrow0} \cdot \rho(\nu) \cdot N_1 \\ B &= \frac{2 \pi^2}{3\epsilon_0h^2} |\vec{p}|^2 \end{aligned} $$

其中， $\rho_\nu$ 为普朗克定理中光场辐射强度，单位[ $\mathrm{J \cdot m^{-3} \cdot Hz^{-1}}$]。

用Witoszynski曲线设计收缩段

Tue, 16 Sep 2025 00:00:00 +0000

今天阅读了Witoszynski提出witoszynski曲线的文章，witoszynski曲线最初的设计是用于优化扩压器设计，目的是减小气体或液体的流速而没有显著能量损失。

Witoszynski工作的核心成果是描述扩压器内流线径向坐标r的表达式： $r = \frac{r_0}{\sqrt{1 - \left(1 - \frac{r_0^2}{r_1^2}\right) \frac{\left(1 - 3\frac{z^2}{a^2}\right)^2}{\left(1 + \frac{z^2}{a^2}\right)^3}}}$

其中，

r：径向坐标
r₀：入口半径，
r₁：出口半径，
z：表示沿流向的轴向坐标，范围是0到$\frac{a}{\sqrt{3}}$
a：几何常数参数，流线示意图如下：

根据文章，流线图v对应的为公式中的r，α对应公式中的a。流线径向坐标r表达式的推导始于轴对称理想流体在柱坐标下的微分方程： $\frac{\partial^2 \psi}{\partial r^2} - \frac{1}{r} \frac{\partial \psi}{\partial r} + \frac{\partial^2 \psi}{\partial z^2} = 0$

其解为流函数的级数形式： $\psi = r^2 f(z) - \frac{r^4}{2 \cdot 4} \frac{d^2 f(z)}{dz^2} + \frac{r^6}{2 \cdot 4 ^2\cdot 6} \frac{d^4 f(z)}{dz^4} + \cdots$

$f(z)$是一个光滑的函数，满足$f_{\infty}=1$.

则假设一个符合条件的$f(z)$函数，将其带入流函数得

A由边界条件而定把A带入得出r的表达式

$$ R = \frac{R_0}{\sqrt{1 - \left[1 - \left( \frac{R_0}{R_1} \right)^2 \right] \frac{\left( 1 - \frac{z^2}{z_0^2} \right)^2}{\left( 1 + \frac{z^2}{3z_0^2} \right)^3}}} $$

与原式子的不同点在于，公式轴向坐标z的范围简化，变成0到$z_0$，于是公式随之变化，但其实两式是相同的。那么如何用wito曲线设计收缩段呢

解决流量计跳数问题总结和感悟

Thu, 21 Aug 2025 00:00:00 +0000

在进行第二次轴向分级燃烧第一级点火燃烧实验时，主流空气更换了两个大量程流量计2000slpm，在实验过程中，返回数据出现了位数错乱现象，如下图。流量的读取是通过截取固定位置及位数的返回码而后经过换算实现的，因此流量显示出现了频繁的掉数。刚开始考虑可能是硬件问题，例如信号线接线不牢固，拓展坞插口异常，usb转485设备传输不稳定，流量计信号线之间存在电磁干扰等问题。于是急忙重新接了一次线，更换了另一个拓展坞，发现问题依然存在，但是好在，在实验中发现了，只有流量计流量在二百多到三百的时候才会出现掉数，大流量则不会出现这种情况，这起码证明掉数的原因并非是设备密集而导致的干扰问题，也非接线的问题。至此，除usb转485接口外，其他硬件因素基本已经排查完毕。

当时因为只有两个大量程流量计出现了跳数，考虑可能是用大流量计测较小流量会出现错误，询问流量计客服后，用串口助手测试，发现收发功能码都是正常的，但是用labview则会出现返回码不完整和冗余的现象，考虑可能是labview的编写问题。后来，购买的高质量usb转485设备到了，迫不及待的换上试了一下，确实质量好，也确实好用了很多，但是问题并没有解决，于是便开始一心解决软件及程序问题。

经过多途径的大量搜索，怀疑可能是大量程流量计在收发小流量时，写入速度大于读取速度，累计数据量增大导致缓冲区溢出，进而导致跳数。于是基于这一猜想，想出了几种解决方案：

在读取前，增加一个清除读取缓冲区，保证每次的读数不会被前面影响
在写入和读取之间增加一个延时，避免读取过快过慢导致的错位
使用条件结构，在只有返回数为7时，才进行数据的读取和写入
使用条件结构，判断起始位是否是01，如果是，再进行读数和存储

实践后发现无论哪种方法，都无法避免其在特定的流量范围内出现返回码不完整的问题，总是会频繁的出现0103020A这个不完整的返回码。还有一个比较麻烦的方法就是在visa读取后，增加一个队列，数据存入队列，长度等于7则处理，不足7则继续等待，这个学习了一会，还没学会，后续可以再学习一下。

在验证这些方案是否可行的过程中，突然发现，每次返回数的位数出现偏差，都是以0A为结尾，于是搜索了一下发现，labview的默认终止符是0A！在前面的blog中提到，读取流量的位数是第4，5位，如图。

在十六进制中，0A的取值范围为0A00-0AFF，对应十进制的值为2560-2815，再除以流量计的放大倍数为256-281.5，即在这个流量范围内都会因触发终止符而中断，导致后续的错位，致使无法正常显示流量。解决办法即是在visa配置串口将启用终止符创建常量，并将其关闭，如图。

完成修改后，再次测试程序，返回码中断，错位问题得到解决，如图。

经过此次经历让我发现，labview的学习任重而道远。一步就能解决的问题，竟然走了这么多弯路。

Blow-out limits of nonpremixed turbulent jet flames in a cross flow at atmospheric and sub-atmospheric pressures

Wed, 20 Aug 2025 00:00:00 +0000

文章重点研究了非预混湍流射流火焰的吹熄极限。

实验采用的设备如图：风洞的横截面高度1.5m，宽度1.2m，长度10m，高压机械风扇产生横向气流，蜂窝结构用以稳定气流，另一端是开放式，燃料喷嘴的内径范围 3 - 8mm，壁厚 1.5mm，喷嘴放在风洞出口0.5m 处，距离底部 0.3m，燃料是丙烷，流量由气体流量计调节。燃料温度与环境温度相同。

在合肥和拉萨分别进行了实验，火焰用 CCD 相机记录。将实验结果进行了比较，以评估压力对横流火焰吹熄极限的影响，所有实验重复了三次。

实验结果如下： a,b 图分别为合肥和拉萨实验火焰形状变化图 (a) 图工况：射流速度39.3m/s，喷管内径3mm，环境压力 100KPa 保持喷嘴形状和射流速度不变，随横流速度的增加，火焰有三种状态， 0 - 2m/s，火焰高度长度减少，弯曲程度变得更明显，蓝色火焰区扩大。这归因于横流增大，增强了喷嘴和抬升火焰边缘区域空气的卷吸和混合，使燃料核心区域局部预混更强，整体火焰亮度减低。 2 - 3m/s，火焰整体形态变化不大，火焰主体与横流几乎平行，火焰前缘近乎垂直，火焰变得更蓝，亮度显著降低，在水平方向略有拉长。结果同 Moore 等人在共流条件下观察到的过程相似，当横流超过一个阈值，火焰从稳定火焰过渡到熄灭和消失。火焰前缘向下游移动，尺寸变小；扩散火焰尺寸显著减少；整个火焰以火焰前缘的消失而结束，此为吹熄。临界吹熄横流速度定义为火焰不能持续存在，发生熄灭，所以吹熄极限是 3.37m/s (b) 图工况：射流速度 16.9m/s，喷管内径 3mm，环境压力 64KPa 火焰出现与 a 相似的三种状态 (c) 图是火焰边缘特写，工况为：射流速度 19.7m/s，环境压力 100KPa 由于迎风侧与背风侧的混合程度不同，导致火焰抬升高度不同。（由射流与横流的相互作用，横流中射流火焰的流场比静止空气中自由射流火焰更复杂。迎风侧的火焰边缘由于横流，会遭受更高的应变效应，横向正应变相较于背风测更大。）

整理实验数据绘制了横流速度与燃料射流速度的吹熄极限图由图可知 100KPa，吹灭极限处的气流速度随燃料喷射速度增大而增大（位于吹熄曲线的横流主导区域） 64KPa，吹灭极限处的气流速度随燃料喷射速度增大而增大，然后又减少。呈非单调行为，与 kalghatgi 观察的一样

将速度与喷嘴直径的比值与 kalghatgi 的数据（100KPa）作比较，如下图：结果显示，在标准大气压下两者数据相吻合。由此图可知，在标准大气压和亚大气压两种情况下，数据都显示出非线性行为。有两个区域: 1.横流主导：在 “横流主导” 区域，熄灭主要由横流产生的应变引起。在这种情况下，首先火焰被吹向平行于横流的方向，然后，火焰沿水平方向被横流吹灭。在点 A，燃料射流速度接近静止空气中自熄灭极限的值（对应点 C），自 A 点以后向燃料射流主导转变 2.燃料射流主导：熄灭主要由高速燃料射流本身产生的应变引起。 B 点是可持续火焰的最大值，射流速度超过点 B 时，即使在横流中，火焰也无法维持。若要维持火焰，射流速度必须降低 C 点，吹熄完全由燃料射流本身产生的应变效应引起的。吹熄极限曲线包围的是火焰存在区域。环境压力降低到 64kpa，吹熄极限曲线明显缩小，这说明随着环境压力的降低，火焰对于燃料射流速度和横流速度的吹熄更敏感，更容易熄灭。吹熄时（横流速度 / 喷管内径）局部最大值约为 400s⁻¹ 约是标准大气压的三分之一，射流速度 / 直径的值也有所下降。

利用JANAF表估算氢氧火焰温度

Fri, 15 Aug 2025 00:00:00 +0000

一、扫描求解：氢氧反应平衡与温度搜索

$$ \mathrm{H_2 + \tfrac{1}{2}O_2 \rightleftharpoons H_2O} $$$$ n_{\mathrm{H_2O}} = \xi,\quad n_{\mathrm{H_2}} = 2 - \xi,\quad n_{\mathrm{O_2}} = 1 - \frac{\xi}{2} $$$$ K_p(T) = \frac{n_{\mathrm{H_2O}}}{n_{\mathrm{H_2}} \cdot (n_{\mathrm{O_2}})^{1/2}} \left(\frac{P}{P_0\, n_{\text{total}}}\right)^{-1/2} = \frac{\xi}{(2-\xi)\sqrt{1-\xi/2}} \cdot \sqrt{3 - \frac{\xi}{2}} $$

（式中压力比 $P/P_0$ 取 1）。对每一个猜测温度 $T$，由 JANAF 数据计算 $\Delta_r G^\circ(T) = \Delta_f G^\circ_{\mathrm{H_2O}}(T)$，进而得 $K_p(T) = \exp[-\Delta_r G^\circ(T)/(RT)]$。求解上述方程即可得到该温度下的平衡反应进度 $\xi_{\mathrm{eq}}(T)$，同时也就确定了平衡组成。

$$ H_{\mathrm{prod}}(T) = \xi_{\mathrm{eq}} \cdot H_{\mathrm{H_2O}}(T) + (2-\xi_{\mathrm{eq}}) \cdot H_{\mathrm{H_2}}(T) + \left(1-\frac{\xi_{\mathrm{eq}}}{2}\right) \cdot H_{\mathrm{O_2}}(T) $$

其中 $H_i(T) = \Delta H_i(T) + \Delta_f H_i^\circ$，单质的 $\Delta_f H^\circ$ 为零。反应物的初始总焓 $H_{\mathrm{react}} = 0$（因为反应物就是 298.15 K 的单质）。因此，需要寻找使 $H_{\mathrm{prod}}(T) = 0$ 的温度。

激光车

Mon, 30 Jun 2025 16:14:01 +0800

一般纳秒固体激光就是指Nd:YAG激光。频率多为10Hz，工作模式是1个脉冲pump，1个脉冲发光。

就像高速相机拍摄一串图像一样，串脉冲激光在1个长时间的宏脉冲中可以发出多个脉冲，可以实现高能高频的脉冲，特别适合湍流激光成像，如PIV PLIF等。非常适合用于燃烧台、风洞等 test rig 。

我的看法是应当发展这种先进的测试设备，用于现有的实验台。于是我们研发了激光器，并把激光器需要的洁净室功能集成到一个自走的底盘上做成了一个激光车，可以很方便地用集装箱运输。到了实验场地插上一个电缆就可以工作。非常方便。激光就像是灯泡一样。可以把实验台照亮。

而不能反过来，不能因为灯泡去盖一个房子。但这样往往比较容易申请到“大项目”，可以下一步争取到“大帽子”，名利双收。这种科研上的盲目扩张和恒大爆雷没有本质区别。趋之若鹜，其实是浪费资源，也浪费了自己宝贵的科研时间。

Diagnostic

Mon, 30 Jun 2025 01:26:06 +0800

激光燃烧诊断技术通过测量激光与燃烧场中物质的吸收、发射、散射相互作用，可以得到原位定量的火焰温度、组分浓度和流场密度、压力、速度等信息，具有极高的时空分辨率、灵敏度与选择性，是最主要的非接触燃烧实验方法。常见的激光与燃烧场介质相互作用包括激光吸收光谱（红外波段TDLAS）、自发光、平面激光诱导荧光（PLIF）、米散射（PIV）、瑞利散射（Rayleigh）、拉曼散射（Raman）、和多普勒效应等过程，这几种测试方法各有优缺点、互为补充，总的发展趋势是从线平均测量到场分辨测量，从低频稳态测量到高频动态测量。

激光燃烧诊断的核心设备是激光光源。采用激光的测量方法具有极高的空间、时间和光子频率的精度。通过在不同波段扫描激光波长得到光谱，激光测量的能量精度，可以精确测量物质的能级结构。激光的相干性，使其可以在空间上精确控制。而在时间上，纳秒、皮秒、飞秒、甚至阿秒激光脉冲可以用于测量湍流、激波、分子内部原子核与电子的运动。

“一代激光器,一代测试方法”。

近年来，使用超短脉冲激光、高频脉冲串激光、高功率光纤激光等先进激光的新一代燃烧流场测试技术迅速发展，其特点为高重复频率、高脉冲能量、高可靠性。先进燃烧诊断方法逐渐从实验室基础研究方法，发展为可以用于复杂恶劣环境的发动机实验台实用测试工具，成为世界各航天强国工程应用的主要方法和关注热点。

光测诊断方法的优点是对火焰无干扰¹。火焰中的分子或者颗粒作为“探针”，通过考察分子和光（通常是激光）的相互作用，获得难以测量的流体（特别是反应流体）的温度、压力、速度、浓度等信息。用非接触方法测量反应流体，不会影响要测的流体，也不会烧坏探针。

从激光与物质的相互作用区分，可以分为吸收（TDLAS）、吸收发射(LIF)、散射(Rayleigh Raman)三大类。更多简介，请看笔者写的一个光谱诊断方法的简介文件。光谱诊断方法简介

从测量方法分，光测方法主要分为两类：

一、测光谱。这里包括吸收光谱、荧光、散射等光谱。光谱方法的优点是得到分子本身的信息多，可以得到定量的信息。二、成像拍照。包括PIV PLIF Rayleigh Raman等成像。成像方法可以提供较高的空间分辨率，采用恰当的数据处理方法，目标是直接通过图像能够准确地区分不同组分，并精确地测量温度、不同组分的浓度。

下面是常用的几种激光诊断方法的示意图。

常见的激光诊断方法 [Wolfrum](https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2002/fd/b107878j).

从测量得到的信息区分：

	温度	浓度	速度
点	CARS		LDA
线	TDLAS	TDLAS	TDLAS（Doppler）
面	PLIF/Rayleigh（分布）	PLIF（分布）	Rayleigh PIV

激光能量相对于火焰不是太大，但在LII中有激光能量加热soot的问题。 ↩︎

低空经济会议

Sun, 29 Jun 2025 00:00:00 +0000

2025年6月28日我们学院组织了一个低空经济为主题的会。并且有一个低空经济现代产业学院的揭牌仪式。欢迎大家来参会！感谢来做报告的专家！

2025低空技术与装备研讨会在青岛召开

机电学院举办低空技术与装备专业建设论坛

未来我们也会做一些无人机方面的工作。最近要做的就是有一个风墙吹风的无人机飞行测试笼子。侧面采用很多个风扇吹风产生风速和分布可变可控的强风环境，模拟无人机在强风环境下飞行控制实验。

初步可以通过少量几个相机进行初步粗略的轨迹追踪，后续可以增加风墙面积、无刷电机数量、相机数量，逐步提高实验能力和实验精度。

和图像有关的主要做两个事情：

无人机周围多个摄像头，通过图像重构方法实现无人机空间定位和三维姿态动作捕捉。重构无人机轨迹姿态，在实验室可以作为复杂控制算法的测试平台，提供精确的位置和姿态信息。
无人机上一个或者两个摄像头，拍外部画面，计算自己的规矩姿态。这个和无人驾驶就很像了。现在无人驾驶用的很多的是端到端的算法，通过这个项目可以学学纯视觉的算法。有大规模应用的前景。当然无人机的话要有地图去匹配。

横向射流轨迹的拟合

Mon, 23 Jun 2025 00:00:00 +0000

横向射流（crossflow）是很常见的一种流体混合结构，当一股小尺寸的射流垂直进入大尺寸的横流时，垂直的射流就会逐渐转到横向过来，形成横向射流。在这个过程中形成的涡系主要包括剪切涡、马蹄涡、尾迹涡和对旋涡，其中剪切涡和对旋涡的生成发展、传播和最终破碎是横向射流混合增强的主要因素。通过控制射流和主流的动量比，可以控制轨迹，改变穿透深度和形成的火焰长度。

远场的横向射流的轨迹一般可以用幂函数表示[1,2]。如图1，横向射流轨迹的可以由速度比$r$和射流直径$d$进行无量纲化。

$$ \left(\frac{y}{rd}\right) = A \left(\frac{x}{rd}\right)^{B} $$

典型的轨迹方程中，$B\approx \frac{1}{3}$。

以我们实验测量的横向射流的轨迹为例。

图1 实验原始图片、拟合轨迹、和以轨迹为坐标转化后的图像

拟合得到轨迹方程包含如下几步：

在每个高度，也就是$y$坐标上，找到浓度或速度的最大值对应的$x$值。这里找到的最大点坐标还比较粗糙，最好再和相邻的几个点通过抛物线拟合的方法，得到更精确的坐标。如图2 ，得到的最大点基本描绘出了轨迹，但还需要修剪一下数据。

图2 找最大点

去掉头尾部分。去掉轨迹后面几个点比较好理解，因为到轨迹最后信噪比很低了；去除开头几个点是为什么呢？以实验测量的双喷嘴横向射流为例子，图3中给出了初步找到的中心线和修正后的中心线。

图3 修正后的中心线

下一步就是拟合了。首先要把找到的轨迹起始点归零。然后求log10 ，得到拟合直线，此时会发现需要去掉开头的非常接近零的几个点，也就是近场不符合幂函数规律的点，便于拟合。从图4中可以看出，拟合的直线需要确定两个拟合变量，一个是拟合长度范围，一个是拟合起始位置。不一定拟合长度越长越好，需要确定恰当的范围。我们将这两个变量都在一定范围内变化，看得到的结果情况。

图4 变量拟合

图4中，1)为待拟合的直线，2)横坐标为拟合位置、纵坐标为拟合长度，当拟合长度大时，拟合位置变化的就小。3)为2)图的梯度，可以看到有趣的梯度变化的图案，说明了拟合参数的影响。可见当拟合长度和位置恰当时，得到的参数有一个稳定的区域，数值基本不变。表现为梯度接近零，可以用这个指标来确定恰当的拟合长度和位置。

在这个例子中，得到直线的方程为:

$$ \ln(y) = 0.30\times \ln(x) + 1.36 $$

而 $r = 7$, $d = 10mm$，得到

$$ \left(\frac{y}{rd}\right) = 0.2 \left(\frac{x}{rd}\right)^{0.3} $$

参考文献

BROADWELL J E, BREIDENTHAL R E. Structure and mixing of a transverse jet in incompressible flow[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1984, 148: 405-412.
HASSELBRINK E F, MUNGAL M G. Transverse jets and jet flames. Part 1. Scaling laws for strong transverse jets[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2001, 443: 1-25.
SMITH S H, MUNGAL M G. Mixing, structure and scaling of the jet in crossflow[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1998, 357: 83-122.
SU L K, MUNGAL M G. Simultaneous measurements of scalar and velocity field evolution in turbulent crossflowing jets[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2004, 513: 1-45.

利用HDM3065 Hantek 6位半万用表对5V电源输出电压结果的测试

Sun, 22 Jun 2025 00:00:00 +0000

在电子设备的使用中，电源输出电压的稳定性至关重要。今天，我将通过实际测量和数据分析，使用最小二乘法拟合它的输出电压值，结合得到的方差来评判它的输出电压效果。

测试方法

首先，介绍一下测试方法。我使用万用表作为测量工具，将电源输出电压从 0V 开始，以 0.1V 为步长逐步调节，直至达到 5V。我这里用到的是 Hantek 的 HDM3065 系列的万用表来测量小电源的输出电压，我们将万用表连接到测电压端，红黑表笔分别接到小电源的正负极，用来测量小电源的输出电压。连接到其他的地方以后也可以测试电流、电阻等。我们将红色线接到电源正极，黑色线连接到电源负极。

该万用表有专用的 IO 控制软件，将万用表连接到电脑以后，我们可以通过电脑的 IO 软件发送指令，万用表便会执行相应的操作。为了保证数据的可靠性，针对小电源的每个电压值，我都进行了五十次测量，并将测量的数据都记录下来。

测量连接示意图

数据处理

数据记录下来之后，我们需要用到 Python 来处理这些数据，运用最小二乘法对数据进行处理。最小二乘法的核心思想是通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。在这里，我们假设电源输出电压与设定电压之间存在线性关系，通过最小二乘法拟合出一条直线，来描述这种关系。经过计算，可以得到拟合直线的方程。

通过计算方差来评估电源输出电压的稳定性。方差是用来衡量一组数据离散程度的统计量，方差越小，说明数据越集中，电源输出电压越稳定。分别计算每个设定电压点下十个测量数值的方差，发现大部分电压点的方差都较小，说明该电源在不同输出电压下的稳定性表现良好。

测试结果

测试结果如下图所示：

最小二乘法拟合图

拟合值相对于拟合直线理论值残差图

拟合值相对于设定值的残差图

我们可以看到该小电源的线性效果还是很好的，方差也很小，说明电压输出比较稳定。从残差图中我们可以看出，残差图上的点代表对应设定电压下，输出电压实际值与拟合模型预测值的差值，可以看出这些点的值都比较小，残差绝对值大多在 0.006V 以内，数值很小，表明实际值和拟合预测值偏差不大，模型对该电源电压数据的拟合精度较高。这张残差图显示模型拟合效果不错，误差随机且整体很小，能较好描述设定电压和输出电压的关系。并且我们可以在图中看出，拟合值相对于设定值的插值都在-0.01内，数据很小，也没有某些值与设定值差距较大，说明该小电源的输出效果还是很不错的。

另外，我还对每个电压值下测量的电压输出值查看其分布规律，根据测试结果生成的数据大致都有如下图的趋势。这里由于数据过多，我就不列出来了，拿出几个图来看一下分布规律即可：

0.9V电压分布

1.1V电压分布

2.9V电压分布

4.3V电压分布

图中每个蓝色柱子代表“输出电压落在某一小区间内的测量次数密度”，且直方图与曲线贴合度较高，故可以看出，电压的波动符合正态分布规律。

结论

通过最小二乘法得到了输出电压的估算值，我们大致了解到了该小电源输出电压的大致水平；结合方差的计算结果，我们对其稳定性也有了清晰的认知。从本次测量结果来看，该小电源的输出电压效果整体表现良好，在每个电压值下都能提供接近于小电源显示电压值的输出电压；但会存在一定的波动，所以在对于电压稳定性较高要求的条件下不适用。在今后的电子项目的实验中，掌握这种评估电源输出电压效果的方法，有助于我们更好地选择合适的电源，保证项目的顺利进行。

腔体流量测定实验失败复盘

Sun, 22 Jun 2025 00:00:00 +0000

近期开展的几组腔体标量测定实验均以无合理结果告终。按推论，超声速射流的二氧化碳应发生相变，然数次实验混合多种浓度，始终未观测到相变现象，直至拆下设备，才发现隐蔽却致命问题——底座焊缝漏气，该被忽视细节成贯穿实验的“数据杀手” 。

一、实验过程与数据异常记录

（一）首次实验

核心目标：测定腔体在不同浓度二氧化碳下的标量数据。实验初始参数为压力 0.103896MPa、温度 26.1℃。测试数据如下：

纯空气测试：发现垫圈处存在 3.3L/min 漏气，修正后记录流动态流量 125L/min、压力 0.502MPa；
混合气体测试：CO₂浓度 10%和 50%工况下，压力稳定在 0.641MPa，但温度数据剧烈波动，由 26.1 摄氏度到 24.9 摄氏度不等，现猜测可能是底部剧烈漏气导致腔内温度变化；
最终结论：因数据离散度过高，判定实验存在异常。

第一组实验数据记录！

（二）二次实验

改进方向：更换合适垫圈并优化气路控制，杜绝不合理漏气，初始压力 0.103421MPa、温度 27.2℃。实验现象依旧反常：

纯空气阶段：流量 120L/min 数据正常，但进入混合气体测试后失控；
10% CO₂混合：空气/CO₂流量比理论 9:1，实测达 11.6:1，压力波动超±0.02MPa；
70% CO₂混合：温度压力仅记录平均值，数据失去代表性。

第二组实验数据记录！

二、隐藏缺陷的发现过程

因需更换实验，将腔体从底座拆下，拆卸全部管路前心血来潮再次实验，发现孔口气流微弱，排查气路后，确定底座焊缝存在严重漏气，基本大部分流量和压力都在此损失。

原因追溯：

结构设计盲区：焊缝位于底座隐蔽处，常规检查难以发现；
实验惯性思维：首次实验将漏气归因于垫圈问题，未对腔体整体密封性做系统性排查；
缺乏预实验检测：未在实验前单独对腔体做气密性测试，导致隐患持续影响数据质量。

三、系统性改进方案

更换新的腔体，同时修改高度尺，此前实验存在喷嘴高度过低问题，致使纹影系统需拆除底座才能拍摄出口平面，此次一并修正。

四、经验总结

这次失败深刻揭示**“隐蔽位置 = 安全盲区”的认知误区**。实验设计中，不能仅关注直观可见部件，更要对设备结构做系统性检查，避免同类问题再发生。科研路上，每个失败数据都是珍贵的“排雷记录”，正是这些教训推动实验设计不断迭代升级。

使用镜片搭建光路发出片光拍摄粒子

Sun, 22 Jun 2025 00:00:00 +0000

设备准备

实验所需的镜片如下所示：

型号	名称	型号	名称
D25.4×3mm(中心厚) F=-25mm	石英平凹柱面镜	D25.4mm F30mm	石英平凸透镜
50(母线方向)×100×2mm F500mm	石英平凸柱面镜	D25.4mm F35mm	石英平凸透镜
100(母线方向)×50×2mm F1000mm	石英平凸柱面镜	D25.4mm F40mm	石英平凸透镜

由于定制的平凸柱面镜尺寸较大，需定制镜架，其示意图如下图所示：

镜架示意图1

镜架示意图2

对其进行组装后，实物图如下图所示：

组装实物图

小的笼板与大的镜架之间需要用一个转接板来连接，转接板的尺寸与形状如下图所示：

转接板示意图

实验原理

光路结构图

如图所示即为光路的结构：

图中1为紫外LED光源，利用该光源发出扩散状的紫外光。图中2和3分别为焦距为40mm和焦距为35mm的平凸透镜，且都为平面朝向光源，利用两个平凸透镜聚焦原扩散的光。图中4为焦距30mm的平凸透镜，并且放置的方式为平面背向光源，利用该透镜将原本聚焦的光线进行发散，使其发出的光束为一接近平行的光束。图中5为转接板，用于连接小的笼板与大的镜架。图中6为平凹柱面镜，将平行光束向两个方向发散，形成一束椭圆形的光束。图中7和8均为平凸柱面镜，平凸柱面镜在母线方向具有曲率，因此可以在母线方向将平行光束聚焦成为一条线，因此7、8两平凸柱面镜分别在两个母线方向上将光束聚焦，形成一束片光。

在8的后面接近比色皿的地方放置一个光学狭缝，来控制通过的光，形成片光。

最终形成的片光大约为一束长度大约10cm，宽度大约2mm的片光。

实验过程

由于光路搭建的前期，定制的镜架还没有制作好，因此先利用平行光束对比色皿里的粒子进行照射，并利用相机对其进行拍摄，但由于前期光束会将整个比色皿都照亮，而且前期对于BAM蓝粉量的把控没有做好，因此导致第一次拍摄的效果不尽人意，第一次拍摄的效果如图下图所示：

第一次拍摄效果

可以看到蓝色荧光粒子过于繁杂，整个被紫外光照亮的区域都会被拍到，因此效果并不理想。

待定制镜架到了以后，将其搭建成如原理图所示的光路，使其形成片光，用片光照射比色皿，只让片光区域的粒子发亮，并且减少BAM蓝粉的用量，拍摄的结果如下图所示：

第二次拍摄效果1

第二次拍摄效果2

可以看得出来，粒子数量明显减少，不像第一次拍摄时那么混乱，不过此次相机调试没有进行好，导致图像偏暗，后续还需对相机继续进行调试。

该光路并不完善，由于其间隔的距离较长，利用6mm光杆固定不稳定，需要在利用丝杆来固定。另外想要避免其他光源的干涉，并为了保证镜片的干净，需要在光路的外围添加一层铝发黑的铝板，用来隔绝其他光源，并可以使镜片在其他环境下依旧保持干净。

实验还需继续完善，经过此次实验，可以为后续的液体及气体实验奠定基础，为以后的经验积累经验，熟悉后续实验的操作流程，剩下的实验我会继续记录，到以后会继续和大家分享。

航空燃烧室技术界的一些错误提法

Tue, 17 Jun 2025 00:00:00 +0000

前言

人们常说航空发动机是如何的难搞，像是什么皇冠上的珍珠。其实，依照笔者经验也不是那么难，搞过航空燃烧室的预先研究（至今仍未停止）、技术研发、型号研发、型号使用中排故等，深知怎么搞，即搞的路线或者说是研发体制，是关键所在。但在这一切之先，首先概念要正确，基础知识牢固，各种概念和提法要正确，这将是本文的要点。

一、燃烧室没有总压恢复系数

参考文献[1] 中有表1：涡扇发动机加力燃烧室性能提升（台架状态）如下所示。其中提到总压恢复系数，这是一个概念错误。本文将在下文讨论，提到总压恢复系数还在其他地方也出现。

$$ \sigma_\text{B} = \frac{P_{t4}}{P_{t3}} $$

燃烧室的总压恢复系数一般在0.92~0.96（不包含由燃烧导致的热租损失）。” 这里明确说明总压恢复系数是燃烧室出口总压与进口总压之比，不清楚该章节作者所说压力损失到什么程度又恢复到0.92~0.96 。参考文献[2]在3.3节《设计输入》之下的 3）性能参数要求中第（1）项就是$\sigma_B$：总压恢复系数。

笔者曾与某设计所燃烧副总师讨论问题时，该副总师提到他们总压恢复系数是多少。笔者当场严肃指出这是一个基本概念错误。总的来说，总压恢复系数这个错误概念扩展甚广。

以下说明为什么这是基本概念错误：机械能与热能的转换是热力学第二定律范围内的事情。热力学第二定律有多种表达方式，简单地说，由机械能向热能转换是可以自发地产生，没什么条件；但由热能向机械能转换是有条件的，而且不可能百分之百地转换。也就是由机械能向热能转换了之后，不可能自然地逆转回来。总压是压力与动压头相加，是机械能。总压损失了是转变为热能，那时不可能自然地恢复回来的，所以没有恢复的提法。

更为深入的说明为总压损失是一个熵增过程。熵增过程都是不可逆的，那么要说明什么是熵？熵是状态或然率的函数，用一个例子可以说明这状态或然率的函数是什么含义。有一容器，左、右两部分，中间有一隔板密封地隔开。左边是氮气（N2），右边是氧气（O2）。如果中间的隔板打破掉了，容器内必然是氮气与氧气混合，试想一下中间隔板打破后氮气仍然集中在左边，氧气仍然集中在右边，这样一种状态其出现的或然率有多少？显然为零。而相互混合的状态是或然率最大的状态。所以由相互各自集中一边的状态到相互混合的状态是熵增大的过程。这也清楚地说明熵增后不可能自然出现熵减的过程。

有人一定会问，这是一个基本概念，有那么重要吗？笔者与 A. H. Lefebvre 讨论如何搞发动机燃烧室，两人都赞同以下观点：“搞航空燃烧室是以基础知识来解决燃烧室的各种问题。” 要强调这里是基础知识，而不是基础研究。首先必须具有良好的基础知识，然后要有以基础知识去解决各种问题的能力（和经验）。 Lefebvre曾批评某发动机公司搞燃烧的人基础知识太差，他的原话是：“ As for combustion fundamental, they know nothing.” （说一无所知，有点夸大了。）要具备良好基础知识，必须先重视基础知识，重视基本概念。说“总压恢复系数”的人就是不重视基础知识。

二、有贫油燃烧，但没有贫油喷嘴

参考文献[3]研究了（以其标题而言）“贫油直喷喷嘴”。这个提法错了。喷嘴在一定压力降下喷出燃油，只有在燃烧室某个工况下与进燃烧区的空气量相组合燃烧时才有贫油燃烧、富油燃烧或化学恰当比燃烧。喷嘴本身不存在贫油喷嘴或富油喷嘴。按照该文的内容应该是《用于贫油直喷燃烧的喷嘴雾化特性实验研究》。

顺便提一下，贫油直喷燃烧是三十年前路易斯（Lewis）研究中心工程师提出的，没有什么设计方案和设计理念的一个建议，以取代贫油预混预蒸发的低污染燃烧（Lean Premixed Prevaporized, LPP）。其实在低污染燃烧室之前的除了蒸发管燃烧室之外，全部都是没有预混合的燃油直喷，要取代LPP的应该是贫油直接混合燃烧（LDM, Lean Direct Mixing）。

同时也需要指出，通常讲喷雾特性，不单是液滴滴径（索特平均直径），还有液滴尺寸分布指数（显示其尺寸分布的均匀性）。

三、没有中心分级燃烧室

参考文献[4] “针对中心主、副模分区的燃烧室头部组织结构的单管燃烧室模型进行数值模拟研究”。该文的研究得出高温升燃烧室在设计研发上很有意义的结果，证实了过去在实验中得到的现象。但其标题中提出的“中心分级燃烧室”是不对的。在贫油预混预蒸发低污染燃烧室出现之前，几乎所有的常规燃烧室都是先由副油喷射工作，然后主油打开工作，这种方式从来不叫分级燃烧。只在LPP燃烧室中出现主油分级，即主油不是一次全部打开，而是分级打开的。参考文献[4] 所研究的就是先由副油工作然后主油打开工作，这种方式不应称之为分级燃烧室。正确的提法应该是“以同心圆排列的副油主油分区燃烧，副油燃烧位于中心，主油燃烧位于外圈。” 这样的分区燃烧是近二十年来燃气轮机燃烧室（不仅是航空燃烧室）技术的一大进展。

在hugo网页中实现latex显示

Mon, 16 Jun 2025 00:00:00 +0000

又一次靠DeepSeek的帮忙，最近搞定了如何在我们这个网站中显示latex 公式的问题。how nice !

$$ \int_0^1 \frac{xdy}{\sqrt{1-x^2y^2}} = \arcsin(x), \text{for} |x|<1

\left| A \right|

用 hugo 编译 markdown 文件的方式产生网页的方法主要参考官方的这个说明文件： Mathematics_in_Markdown 。但一直不能正常显示。最近用DeepSeek 找了几个方法试验，终于不经意间解决了问题。

需要3个步骤：

修改设置文件 /config.toml

[markup.goldmark.renderer]
unsafe = true  # 允许原始HTML
xHTML = true

[markup]
[markup.goldmark]
  [markup.goldmark.parser]
    attribute = true
    autoHeadingID = true
[params]
math = true

配置模板 /layouts/_default/baseof.html ，需要包含下面内容

  {{ if .Param "math" }}
  {{ partial "math.html" . }}
{{ end }}

添加 mathjax /layouts/partials/math.html 。注意，这里和官方说明文件不一样，主要是DeepSeek 给出建议改这个文件，发现如果延迟初始化Mathjax的执行就好了。发现是需要保证Mathjax 正确的初始化。

<script>
// 添加初始化检查
if (!window.MathJax) {
  window.MathJax = {
    tex: {
      inlineMath: [['$', '$'], ['\\(', '\\)']],
      displayMath: [['$$', '$$'], ['\\[', '\\]']],
      processEscapes: true
    },
    svg: {
      fontCache: 'global'
    },
    startup: {
      ready: () => {
        MathJax.startup.defaultReady();
        console.log("MathJax is fully initialized");
      }
    }
  };
  
  // 创建并加载 MathJax 脚本
  const script = document.createElement('script');
script.src = 'https://cdn.bootcss.com/mathjax/3.0.5/es5/tex-mml-chtml.js';
//script.src = 'https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@3/es5/tex-svg.js';
// 或
// script.src = 'https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/3.2.0/es5/tex-svg.js';
  script.async = true;
  script.id = 'MathJax-script';
  document.head.appendChild(script);
}
</script>

使用 LabVIEW 实现AFG-C9000系列气体质量流量计瞬时流量的读取和储存

Mon, 12 May 2025 00:00:00 +0000

流量计瞬时流量的读取和储存

以AFG-C9000系列气体质量流量计为例, LabView VI code: 485读数

原计划采用4-20mA模拟量采集方式，通过计算机端进行流量数据的读取。然而，该方法所使用的自带软件仅能直接读取并显示电流值的波形图，且存储的数据同样为电流值（如下图），需在实验完成后通过特定公式进行换算，以转换为实际的流量值。

由于4-20mA信号无法直接实现流量的实时查看，为确保瞬时流量的精准读取与可靠存储，拟采用LabVIEW开发基于RS-485通讯协议的程序。通过该程序，利用RS-485通讯实时读取瞬时流量数据，并按照预设格式进行本地存储，以保证数据的完整性、准确性。

首先，优先检索Excel表格是否存在。使用条件判断结构，若指定路径下不存在目标文件，则根据预设的文件命名规则和表头结构，在对应路径下自动创建新的Excel文件，保证文件真实存在，以实现数据的存储。为便于后续数据检索与管理，文件名将以当前时间的年月日格式命名，确保文件名唯一且易于识别。

依据流量计的通讯协议，通过发送十六位功能码实现瞬时流量的精准读取。为确保数据采集的稳定性和可控性，程序中增加延时，可以设置灵活的读数间隔时间。例如，设置间隔时间为1000毫秒时，每隔一秒读取一次流量数据；设置间隔时间为100毫秒时，每秒读取十次流量数据，以满足不同应用场景下的数据采集频率需求。

在运行程序并成功发送功能码后，流量计将返回一组数据（如下图），在返回的数据中，返回的第7-10位，为返回流量数值。

以图中数据为例，返回的十六进制数值00E5通过转换计算（14×16+5）得到十进制流量值为229。该数值存在放大倍数，为10，故实际流量为22.9L/min。

为便于实时监测与分析，将计算所得的流量数据以数值形式显示于前面板，同时绘制动态波形图表，以直观展现流量的具体数值及其变化趋势。

前面板的设计效果如图所示。为确保操作的直观性和功能的可靠性，界面布局经过优化，以清晰呈现流量数据、波形图表及其他关键信息。

最后将采集的流量数据及其对应的时间同步存储至程序初始化时创建的Excel文件中。

程序运行结果如下图，经观察比对，计算机端的读数与流量计读数相吻合，验证了数据采集与处理的准确性和可靠性。

欢迎大家讨论，指正。

连云港实验第一次

Fri, 09 May 2025 00:00:00 +0000

实验概述

本次实验主要测试新设计的炉体水冷结构方案的可行性。实验结果表明，水冷系统能有效保护炉体，承受燃烧温度。

水冷结构测试

冷却水温上升不明显，最高温度低于40℃。
停止燃烧后炉面温度较低，验证了水冷结构的有效性。

流量记录

实验中的流量数据记录如下：
{width=“5.26in” height=“4.92in”}

问题发现与改进

问题描述

气体从气管进入炉体时，因缺乏静压室结构，导致出气不均匀。以下是氢气流量为50和200时的火焰照片：
{width=“2.7in” height=“2.16in”} {width=“2.7in” height=“2.16in”}

改进方案

增加静压室结构，通过挡板和孔板使气体均匀分布：

改进后气体流速分布均匀性显著提升：
{width=“4.93in” height=“2.49in”}

使用 LabVIEW 实现对CC-M3H040-NN14伺服电机的控制

Fri, 09 May 2025 00:00:00 +0000

使用 LabVIEW 实现对伺服电机的控制

本次要控制的伺服驱动器的型号是：CC-D3P040A2-A；伺服电机是：CC-M3H040-NN14。

labview control to read motor position

labview control to read/move

1. 控制器地址设置

在需要使用多个控制器的情况下，需要设置好控制器的地址，用以在发送控制码的情况下区分不同的控制器。控制器的地址位发生改变相应的代码上的地址位也要改变，那么代码最后的校验码也要重新进行计算。

例如 01 即为地址位；最后两位为校验码。

2. 使能控制与通讯模式设置

在单独使用 LabVIEW 控制不开启上位机软件的情况下，要在发送距离、速度、启动和启动复位代码前发送使能开的代码，或者其他用于控制通讯模式的代码。例如本次所控制的驱动，不仅要使能开，且要额外增加两个代码，让其控制模式从 I/O 变为通讯模式：

写入两个代码让其都变为通讯模式（使用 485 控制是通讯模式）。

3. 电子齿轮比设置

要开始设置电机的移动量，在此之前要知道电机的电子齿轮比为多少。例如在这个电机的默认齿轮比下，我发送 1000 个脉冲它只能旋转 0.1 圈，因此想要让其在一次动作下旋转一圈，就要发送 10000 个脉冲或者改变它的齿轮比。

上图即为需要改变的参数的图片，例如我输入是 1000 个脉冲，但我想让其旋转 1/5 圈，但是在现在齿轮比下只能旋转 1/10 圈；现在齿轮比分母为 2500，则我要将其改变为 1250。

4. 转速设置

设置好转速。

5. 启动与复位设置

在设置启动，需要多次连续启动的情况下，同时也要设置启动复位，确保连续启动的顺利。

6. 多段代码写入延时

另一个问题是在 LabVIEW 写入时写入多段代码时，使用多个写入 VISA 中间要加入延时的程序（试过顺序结构写入但是感觉还是会崩溃），确保写入的代码不会混乱。

7. 多电机控制方式

要控制多个电机时可以有多种方式进行选择，首先最简单的你想要实时读取两个电机的参数可以使用轮询的方式，将两个电机的 485 通讯线的 AB 口分别接到一起（这种方式在别的控制方式选择下依然是较好的方式，因为可以不用反复选择不同的 COM 口，且在设置好不同的地址位的情况下，并不会相互影响），选择一个条件结构，将其的条件设置好，分别发送两个对应不同电机的问询码，控制器读到与自己相对应的码时会反馈，这样两个控制器便会轮流反馈其的位置。

利用OpenCV初步实现张正友标定法对棋盘格进行标定并校正图片

Thu, 08 May 2025 00:00:00 +0000

进行张正友标定法需要拍摄照片，既然说到拍摄，那就离不开相机。在计算机视觉和机器人领域中，我们需要将现实世界的三维物体“翻译”成相机捕获的二维图像。相机坐标系是这个过程中的核心桥梁，它帮助我们建立起“三维空间”与”二维像素“之间的数学映射关系。首先为大家介绍一下相机模型中的四个坐标系，分别是：像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系。

像素坐标系

如图1所示，像素坐标系u-v的原点为O₀，横坐标u和纵坐标v分别是图像所在的行和列，在视觉处理库OpenCV中，u对应x，v对应y。

图像坐标系

如图1所示，像素坐标系x-y的原点为O₁，为像素坐标系的中点。

图像坐标系与像素坐标系关系图

从上图可知，O₁在u-v坐标系下的坐标，假设d_x和d_y分别表示每个像素在横轴x和纵轴y的物理尺寸，单位为毫米/像素，O₁在图像坐标系和在像素坐标系的坐标的关系是：

$$ u = \frac{x}{d_x} + u_0 $$$$ v = \frac{y}{d_y} + v_0 $$

利用线性代数的知识把方程用矩阵表示出来：

$$ \left[ \begin{array}{c} u \\ v \\ 1 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{ccc} \frac{1}{d_x} & 0 & u_0 \\ 0 & \frac{1}{d_y} & v_0 \\ 0 & 0 & 1 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{c} x \\ y \\ 1 \end{array} \right] $$

相机坐标系

相机坐标系与图像坐标系的关系如下图：

相机坐标系与图像坐标系关系图

通过三角形相似我们可知：

$$ \frac{AB}{c\mathrm{O}} = \frac{X_c}{x}, \quad \frac{AO_c}{c\mathrm{O}_c} = \frac{Z_c}{f}, \quad \frac{PB}{c\mathrm{O}} = \frac{Y_c}{y} $$

将上述式子与图像坐标系的两个式子联立可得：

Laval Nozzle experiment

Tue, 22 Apr 2025 00:00:00 +0000

大家好！最近这段时间，我全身心投入到一项纹影实验中。过程跌宕起伏，充满挑战，但也收获颇丰。今天就想和大家分享这段难忘的实验历程。

3月20日，我迎来了首次实验。本怀着满满的期待，却遭遇了“当头一棒”。反复调试纹影设备后，始终无法捕捉到任何气流特征图像。无奈之下，我立刻与老师沟通，经过一番深入分析，初步怀疑是喷嘴出口与纹影视场距离过远，导致气体结构无法完整呈现。本计划通过抬高喷嘴来解决问题，可检查时发现伺服电机尚未接电，只能将希望寄托于次日。

3月21日，伺服电机完成接电，我第一时间抬高喷嘴，可结果依旧不尽人意，纹影画面中仍然看不到气流结构。仔细观察后发现，即便电机升至最高位置，喷嘴出口面与视场之间仍存在较大高度差。面对这一难题，我只能继续思考新的解决方案。

3月22日下午，我决定对试验台进行全面调整，将电机层整体抬高，希望借此让喷嘴出口完全进入视场。经过一下午的忙碌，终于完成了调整，视场中也顺利出现了喷嘴出口面。随后，我开启空压机接入高压气，然而，还是没能观测到气体特征。不过，在开阀瞬间，视场中闪过一道黑影，由于缺乏足够线索，暂时无法确定其成因。老师针对这一情况，提出了两种可能：一是视场范围过小，难以清晰捕捉气流全貌；二是气体流量不足，尚未形成明显的激波结构。受限于现有条件，实验不得不暂时中断。

为了解决视场问题，3月23日，我定制了孔径更小的喷嘴，期望以此确保气流边界能够完整呈现在视场中。当天下午，我还安装了流量计进行流量测定，结果显示实际流量远超100L/Min的量程，这意味着流量并非实验失败的原因，问题大概率出在视场方面。由于新喷嘴需要一定制作时间，实验只能继续推迟。

3月24日，因等待新喷嘴制作，实验没有实质性进展。

3月25日中午，我拿到了1mm和2mm孔径的新喷嘴。下午安装完毕后，我开始核查流量，却又遇到了新问题：实际测定流量与计算流量存在较大偏差，除1mm喷嘴外，其余喷嘴均无法正常测量流量，只能先搁置这一问题。当晚，我使用1mm喷嘴再次进行实验，终于成功拍摄到了第一张气体结构的纹影照片！

第一张气体结构的纹影照片！

那一刻，内心的喜悦与成就感难以言表。有了前一天的经验，3月26日，我换上2mm孔径的喷嘴继续实验。这次获得的气体结构图像更加清晰，与理论预期基本吻合，实验终于步入正轨。\

更加清晰的激波图片

3月27日，我更换了视场更大的新相机，对1mm喷嘴射流重新进行纹影拍摄，又取得了新的实验成果。

更大视场的图片，可以看到6个马赫环

到了3月28日，纹影实验暂时告一段落。接下来，我计划对试验台进行调整，搭建与纹影系统垂直的TDLAS光路，进一步深入研究。目前，流量测定值与计算值偏差较大的问题仍未解决，我也在不断思考优化方案。此外，后续实验还打算加装腔体，开展空气和二氧化碳混合喷射实验。我会继续记录实验进展，到时候再和大家分享新的发现与挑战！

甲醛的光谱和PLIF测温

Sun, 23 Mar 2025 00:00:00 +0000

在燃烧诊断中，平面激光诱导荧光（planner LIF）是常用的对火焰成像的方法，常用的三种双原子自由基是 OH、NO、CH，例如经典的羟基双色PLIF测温方法就是在283nm波段测 Q1(14)和Q1(5)跃迁对应的LIF信号的强度比值的来计算OH在这两个态的布局数比值来测温[1]。

当然，定量计算用的数据，都是在经典的LIFbase 软件中包含了的这三个分子的激发态跃迁速率数据，用软件可以用来定量预测计算LIF光谱和算温度。这些基础的工作都是Crosley等大神在1980-1990年代做的[2][3]，那个时候算是原子分子物理的黄金时代吧。甚至更早，二战之后那段时间，是分子光谱发展的黄金年代，把战时大量做的雷达里面的微波源拿出来就可以测微波光谱，不同的分子，不同的波段，一个一个测过去。

燃烧流体中为何要对这些自由基成像，而不是测稳定的N2和O2这些分子呢？原因是这些稳定分子的HOMO－LUMO能级差比较大，电子跃迁都在真空紫外波段，要在地球大气层中实际应用，就没办法了。所以一般用红外吸收光谱的方法来测水、二氧化碳这些有偶极的稳定分子，毕竟体积分数大多了。

NdYAG激光的三倍频在355nm，可以直接测到甲醛分子的荧光信号，所以研究甲醛的LIF光谱，也很有实际应用的意义。

甲醛分子的光谱研究的比较多了，是最早被研究的多原子分子。甲醛只有C、O两个重原子，加上两个氢原子，在基态，这四个原子核是平面的。由于原子数多，甲醛的光谱就比较复杂，不像双原子那样，只需要考虑一个转动常数B，而要考虑A B C 三个转动常数。1983年 Dennis Clouthier 和 Ramsay 在Annual Review of Physical Chemistry 上的综述[4]，分子的基态和激发态的光谱参数基本都有了，可以用来对甲醛分子在355nm 处激发态的吸收光谱做仿真。

absorption

355nm 这个吸收带对应的是355nm这里的4^1_0 弯曲振动模式。有趣的是，这个吸收带的高分辨率光谱的工作还没发表过。 Clouthier综述中提到数据来自 Ramsay 和 Till 未发表的工作，后人似乎一直也就这么用了。再往前，范德堡大学的Innes，我们Alberta大学的Birss 都提到最早是UCL的 Parkin 的博士论文中提到过这个band。南方科大的杨东老师去上海交大交流时候，当时杨老师还在UCL，问他去复印的Parkin的博士论文。感谢杨老师帮忙找到的论文！但看了半天好像也没具体到这个band，似乎是因为太弱了吧。可能也是因为和别的振动模式有耦合干扰。

把杨老师复印的Parkin 的博士论文作为附件上传在这里吧，的确不好找。

Download file

Anyway，就用Couthier 论文中的参数来仿真这个吸收带，似乎也还不错。找到了哈佛大学2005年的一篇文章[5]，里面有转动能级分辨的吸收光谱，和仿真对比，效果还不错。整体上对应的很好的，但要用的355nm就是在28183cm-1这里，正好有微扰，吸收峰对不上。所以仿真的光谱和实验测到的光谱不能完全一致，但是可以定量的对应上是没问题的。

absorption-simulation

实验中制备高温的甲醛还是比较难的。甲醛在高温时候会聚合反应。需要一边加热一边进料。好在，只测温的话对浓度的控制要求不高。我们直接在coflow 扩散火焰里面测火焰燃烧中产生的甲醛。层流火焰很稳定，我们可以一个点一个点扫描激光波长，拍PLIF信号，得到每个点上的LIF光谱。结合层流火焰里面每个点的温度，就知道了不同温度下的甲醛LIF光谱。这里，特别要感谢金汉峰博士，帮忙找人做的仿真计算，算了3个不同的火焰。未来可以都测测，实验和仿真对照一下。

甲醛双色PLIF测量，借鉴了用OPO的单激光单相机的串脉冲激光双色PLIF方法，也是很新的方法。很好用，发出一对不同波长的激光对，不用管时间和空间上的波动了。用355nm 三倍频直接测，激光能量大，很方便。这个方法很有发展前途，266nm 四倍频可以测到OH、NO，未来应该可以取代染料激光、OPO这些复杂的步骤，在实验台测量上很有用。最近在工程热物理学报发表了一篇论文，详细讲了这个方法。

2024 - 单激光单相机双色PLIF测量火焰温度场

[1]: KOSTKA S, ROY S, LAKUSTA P J, 等. Comparison of line-peak and line-scanning excitation in two-color laser-induced-fluorescence thermometry of OH[J/OL]. Applied Optics, 2009, 48(32): 6332. DOI:10.1364/AO.48.006332.

激光燃烧诊断是应用研究

Sat, 22 Mar 2025 00:00:00 +0000

光谱学本身和火焰研究关系很密切。应用光谱研究火焰的历史可以追溯到1860年Kirchhoff和Bunsen针对火焰中金属的光谱测量和1857年Swan对蜡烛火焰的测量。

学术家谱

笔者的博士导师是研究分子光谱，纯理论研究。但发现导师的前面的导师可以追溯到剑桥大学的Sugdun，是做了很多工业实际应用研究。再之前的 Norrish 就是做的用光谱方法研究闪光灯热解。笔者现在又来研究激光燃烧诊断算是重新回到了应用研究上来。

一些个人观点：燃烧诊断主要是成像和光谱在燃烧中的应用。研究的任务，需要理解为何要做实验和发展燃烧诊断方法，需要用激光诊断方法解决什么问题，可以参考 Driezler 上课ppt中的说法，燃烧诊断的任务包含如下几个。

燃烧理论，这方面比较成熟了；
仿真对照，精细测量，验证CFD；
燃烧器中的火焰结构和运动（主要是成像），研究燃烧现象，火焰结构和运动，湍流燃烧机理，包含标准火焰的研究；
发展技术和方法，发展实际应用的传感器（tdlas 主要问题是空间分辨率问题，对于燃烧器的尺寸来说，TDLAS测量的空间分辨率太粗，可以做传感器，但研究其他问题不够用）

燃烧诊断的目标是解决燃烧研究的问题。因此很多时候，是要把特定的实验方法用在特定的燃烧研究里面。燃烧诊断研究基本问题是测量温度，组分，压力，速度，进一步需要和燃烧学结合，目标和主线是研究火焰本身的规律和在燃烧室中的工程应用。

诊断研究现在阶段需求，理论研究比较成熟，要以工业应用需求为主，还是从燃烧室的现象和要解决的问题出发。

Ayoub Attou

Sun, 16 Mar 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

Ayoub Attou, male, born in 2000 in Tangier, Morocco, graduated from Abdelmalek Essaadi University of Science and Technology in 2022 with a major in Industrial Design and Product Development. He gained two years of professional experience as a Process Pilot at Tesca Steel. Currently, in 2024, he is pursuing a master’s program at Shandong University of Science and Technology, where his research focuses on designing a wind tunnel and investigating flames in cross-flow conditions.

穆国振

Wed, 12 Mar 2025 00:00:00 +0000

Visiting Scholar

穆国振，男，汉族，1992年12月出生，山东菏泽人。2016年获青岛理工大学理学学士学位，2019年获青岛理工大学机械硕士学位（导师孟广耀教授），2023年获长春理工大学机械工程工学博士学位（导师吕琼莹研究员），2023-至今就职菏泽学院机电工程学院，2024年-至今山东恒基集团股份有限公司/山东科技大学博士后流动站在站（导师刘训臣教授）。主要研究旋转机械复杂流动。

从飞宇

Mon, 10 Mar 2025 00:00:00 +0000

Undergraduate Student

从飞宇，男，汉族，2002年12月生，山东青岛人，本科就读于山东科技大学机械电子工程学院，智能制造工程专业，在本课题中主要专注于拉曼散射方法的研究，目前参与项目基于拉曼光谱的煤挥发组分智能传感器设计。

李杨

Mon, 10 Mar 2025 00:00:00 +0000

Undergraduate Student

李杨，男，汉族，2002年11月生，安徽六安人，本科就读于山东科技大学机械电子工程学院，专业是智能制造工程，在本课题组中主要专注于聚焦纹影系统研究，目前参与项目航空煤油闪沸过程的光学传感系统设计。

热工基础

Mon, 10 Mar 2025 00:00:00 +0000

热工基础课程的前两周上完了，讲了前4章。基本把热力学的内容讲完了。在极少的课时下，如何讲完？热力学作为很成熟的知识，的确也应该更加精炼，大学里面的课程，总的趋势就是成熟的知识逐渐减少课时。学生总要学习新知识。未来可能中学里面就要学很多现在大学的知识吧。

我想我做了比较好的尝试。思路是从统计力学2个基本假设开始讲，引出配分函数和熵的概念、不同的系综；进而可以联系到热力学的4个基本假设，然后建立热力学函数。这门课不讲化学平衡和相平衡。主要还是内能和焓的概念。然后是理想气体，从熵的公式引出绝热等过程的熵变和热功变化。

从几个基本假设出发的思路还是很清晰的。避免了从现象出发的很多绕弯子。也是前面推荐Daily书的初衷。

第三周开始讲喷管流动，这部分主要是可压缩的空气动力学。参考书主要是《Thermodynamics-An engineering approach》和清华大学吴望一的《流体力学》。不得不说，老外的书详细，适合自学和教学；但是吴的书，精妙之处更多，很多数学推导更简洁更优美。多看几本书总有好处，空气动力学经典的Anderson 以后再看吧。

第四周开始讲传热。首先是从随即行走模型导出了扩散方程。按照这个思路比较好，从基本原理出发，比较直观地就可以得到傅里叶公式。传热的其他部分没有很多重要的内容了，毕竟现在都是用有限元直接算就可以了。

Lecture-1

张晓雨

Mon, 10 Mar 2025 00:00:00 +0000

Undergraduate Student

张晓雨，女，汉族，2003年3月生，山东临沂人，本科就读于山东科技大学机械电子工程学院，专业是智能制造工程，在本课题组中主要专注于TDLAS技术研究，目前参与项目基于吸收光谱的矿井瓦斯监测智能传感器设计。

高寅斌

Mon, 03 Mar 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

高寅斌，出生于 2002 年，来自宁夏石嘴山市。本科毕业于山东科技大学且留校攻读硕士，专业是能源与动力工程。硕士阶段，研究方向为 TDLAS技术研究超声速流体状态方程。期待在未来的工作或学习中，能够将自己所学运用到实际项目中，为能源与动力工程领域贡献自己的力量。也希望能与各位志同道合的伙伴共同进步，一起探索这个充满无限可能的领域。

my works:

nozzle

惠昊

Mon, 03 Mar 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

大家好，我叫惠昊，出生于 2001 年，来自潍坊市。我在聊城大学完成了本科，现在在山东科技大学就读硕士，专业是机械电子工程。硕士阶段，专注于TDLAS 技术研究、Hencken炉的燃烧与设计。通过大量的实验与理论分析，对Hencken炉有了一定的理解，也培养了自己独立解决科研难题的能力。这段经历不仅提升了我的专业水平，更让我养成了严谨、科学的研究态度。

my works:

[使用 LabVIEW 实现对伺服电机的控制](/xliu-group/zh/post/huihao1/)

王晨

Mon, 03 Mar 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

王晨，男，汉族， 2002 年11月出生，来自山东临沂。本科毕业于潍坊科技学院，专业是机械设计制造及其自动化。于2024年来到山东科技大学攻读硕士学位，主要研究的方向是发展双色PIV测量方法，研究面向燃烧不稳定性现象的横向射流火焰双喷嘴混合问题。

王硕

Mon, 03 Mar 2025 00:00:00 +0000

Graduate Student

王硕，男，汉族，2001年6月生，山东莱阳人。本科就读于潍坊学院机械与自动化学院，专业是车辆工程。山东科技大学机械电子工程学院2024级硕士研究生，研究方向是燃气轮机分级燃烧出口截面收缩对横向射流火焰特性的影响。

my works:

[labview](/xliu-group/zh/post/wangshuo1/)

卿山宇

Fri, 28 Feb 2025 00:00:00 +0000

Research Assistant

卿山宇，男，汉族，2002年5月出生，四川成都人。2024年获山东科技大学机械电子工程学院工学学士学位（导师刘训臣教授），2024至今担任山东科技大学机电学院科研助理、机电学院党政办助管。主要研究自对准聚焦纹影系统、任意波形发生器。

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lvpyio

Thu, 20 Feb 2025 00:00:00 +0000

今天尝试了 LaVision 公司的 python package，太坑了，又发现 DeepSeek 太香了。

lvpyio 的网址： https://www.lavision.de/en/downloads/software/python_add_ons.php

之前都是把 DaVis 计算得到的速度场或者标量场结果存成文本文件，例如 B00001.txt 再用python读。下面是我写的读标量场和矢量场的函数，其中load_piv 中 size 参数非0时，会将数据 binning 降低数据数量，提高对比度。

#%% read DaVis txt file

def load_piv(filename, size):
    """
    extract PIV data
    filename: txt file name
    size: average size
    """
    lavision = open(filename)
    step, xnum, ynum = lavision.readline().split(' ')[3:6]
    lavision.close()
    step = int(step)
    xnum = int(xnum)
    ynum = int(ynum)
    size = int(size)

    oned = pd.read_csv(filename, decimal=',', sep='\t', skiprows=1, header=None)
    X = np.reshape(oned.values[:, 0], (xnum, ynum), 'C').astype('float64')
    Y = np.reshape(oned.values[:, 1], (xnum, ynum), 'C').astype('float64')
    U = np.reshape(oned.values[:, 2], (xnum, ynum), 'C').astype('float64')
    V = np.reshape(oned.values[:, 3], (xnum, ynum), 'C').astype('float64')
    
    if size != 1:
        X = X[:int(xnum // size) * size, :int(ynum // size) * size].reshape(int(xnum // size), size, int(ynum // size),size).mean(axis=(1, 3))
        Y = Y[:int(xnum // size) * size, :int(ynum // size) * size].reshape(int(xnum // size), size, int(ynum // size),size).mean(axis=(1, 3))
        U = U[:int(xnum // size) * size, :int(ynum // size) * size].reshape(int(xnum // size), size, int(ynum // size),size).mean(axis=(1, 3))
        V = V[:int(xnum // size) * size, :int(ynum // size) * size].reshape(int(xnum // size), size, int(ynum // size),size).mean(axis=(1, 3))
    X = X.astype('float32')                                                                           
    Y = Y.astype('float32')
    U = U.astype('float32')
    V = V.astype('float32')
    return step, xnum, ynum, X, Y, U, V   

def load_plif():
    plif = open(filename)
    firstline = plif.readline().split(' ')
    x_num,y_num = firstline[3:5]
    delta_x,x0 = firstline[6:8]
    delta_y,y0 = firstline[10:12]
    plif.close()
    x_num = int(x_num)
    y_num = int(y_num)
    x0 = float(x0)
    y0 = float(y0)
    delta_x = float(delta_x)
    delta_y = float(delta_y)
    X = np.arange(x0, x0+(x_num)*delta_x, delta_x)
    Y = np.arange(y0, y0+(y_num)*delta_y, delta_y)   
    plif_txt = pd.read_csv(filename, decimal=',', sep='\t', skiprows=1, header=None)
    plif = plif_txt.values
    return x_num,y_num,X,Y,plif

貌似用官方的软件包可以读更多的文件格式吧。于是就开始安装了。首先发现不知道为什么 spyder 启动出问题了，numpy 版本不对，需要重装 numpy，就好了。

TDLAS的空间分辨率问题

Fri, 08 Nov 2024 21:22:03 +0800

最见看到之前课题组近年燃烧年会发的会议论文，没有接受口头报告，只有一个海报。

论文题目

是用前几年做的一个4172nm QCL测CO2的方法在腔体里面测固体颗粒燃烧的信号。

实验装置图

看了一下实验记录，是2020年夏天做的实验。固体推进剂这个方向，本来也不是我该做的，合作只是奉命服务。

但也非常欣慰，毕竟发表了，了却了一桩心事。顾明明博士本来不做 TDLAS，去交大做博后才接触，青年基金也是做的中红外TDLAS 数据处理的方法。把 line mixing 模型用来处理 4.2um 的CO2带头部分的谱线，还是挺成功。但即使是这个新的模型，根本问题还是参数多，需要调。这样应用起来就不够直接，不是一种普遍可用的方法。

典型数据结果

从典型的实验结果来看，这个实验不是很成功。根本问题还是由于 TDLAS 是线积分测量，无法区分腔体内部路径上不同位置的信息。测到的温度，其实是路径平均的温度，虽然4.2um那高温信号占主要的，但也要考虑这么长路径上腔体里面其他位置扩散出去的CO2的干扰。其实还不如不加腔体，那样的话在大气环境中还扩散的快一点。

典型的科研中的路径依赖。

想起来之前还做过一个失败的实验。用5um NO2 吸收逢的QCL激光测在真空腔体里面的不同NH3含量的Mckenna 火焰。这个是之前用石英喷嘴取样加紫外光电离质谱做过的体系。用取样测量方法的话，周围环境中的燃烧产物、扩散出去的物质是不用管的。但是用吸收光谱的方法就不行了。低压环境倒是有利于TDLAS测量，NO2 两个分裂的吸收峰很清楚，但是测到的温度又很低，后来发现是因为腔体里面有扩散出去的产物的吸收。这就很难办了。也可以吹扫，但再加上这些过程复杂的方法，都很不可靠。

核心问题，还是如何在 TDLAS 线积分信号的基础上得到空间分辨率。考虑过用饱和吸收，或者用 FLDI 频谱特征去提取。但似乎都不很靠谱。 TDLAS 方法在大气研究中有成功的应用，比如用吸收池抽气进去低压测量各种污染物的浓度，再比如卫星测大气柱的辐射或者吸收光谱。这是因为空间尺度不同的问题。大气研究中，空间尺度大，TDLAS 方法测量的就是一个点的数据。而燃烧诊断中，研究的火焰尺寸不会很大，测量的一条路径上，需要考虑分布不均匀的问题。

所以空间分辨率是个大问题。

方法一、tomographic 最好还是用综横多路再反演的方法得到空间分辨率。但这样空间分辨率就不会很高，若要提高空间分辨率，似乎很难。

方法二、最近有用高速红外相机做探测器来测TDLAS光谱的，把一个激光束扩束后，在红外相机上成像测量扫描波长后图像强度。这样就可以得到比较高的空间分辨率。但成本的确也高。高速红外相机很贵。如果红外相机帧频不够高，还可以在采集端用光纤束分光，也可以提高空间分辨率，多个pd探测器，多路数据采集。

介绍好书：John Daily 统计热力学

Tue, 15 Oct 2024 00:00:00 +0000

封面

最近读到一本好书，剑桥大学出版社2018年出版的 John Daily 《Statistical Thermodynamics an Engineering approach》。最早知道 Daily 还是读到他在PECS上关于LIF 的综述，算是比较早期这方面的综述了。当时他还是在伯克利大学，后来去了科罗拉多大学主持了燃烧研究中心做机械系主任。这本书是John 在伯克利大学和科罗拉多大学教研究生《高等热力学》的教材。

面向热流体方向（机械工程、航空工程、动力工程）的热力学气体动力学课程，早期有 Sonntag & Van Wylen: Fundamentals of Statistical Thermodynamics ; 斯坦福大学的 Vincenti & Kruger: Introduction to Physical Gas Dynamics。作者的这本教材可以看作是前面书的简化版，包含了最主要的内容。之前给本科上的物理化学和准备的热工基础课程想包含的内容，这本书都有：量子力学、分子能级、配风函数、热力学量、JANAF表、Boltzmann方程等等，基本该涉及的知识点都有。

作为研究生教材，这本书更多的可以作为一个地图和指引，告诉研究生哪些内容需要去看的提要。面向本科生教学的话，可以先简单介绍一些基础知识。这本书还有对应的Coursera 课程，有视频和PPT，一开始就介绍了一些基本知识。 https://www.coursera.org/learn/macroscopic-microscopic-thermodynamics

这本书最大的优点是采用了公理化的热力学体系，即 Herbert B. Callen 在《Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics》中提出的四大公设的体系。一门学科在历史上发展的顺序和学科体系查成熟后的体系肯定是不同的。最终在课程中的呈现，肯定和历史发展的顺序不同。比如现代量子力学的教学，如果学时多，尚可以慢慢来从两朵乌云开始讲，但很多时候已经不再是按照历史顺序来讲了，而是按照现代的体系来讲。

在AI时代，本科生要学的东西越来越多。现在教学的课时越来越少了，传统课程的教学要跟上时代，就是要体现新的思路，顺应时代的发展。可以预见，未来的热流体课程中，热力学和统计力学也不应该分开慢慢讲了，也不应该第一定律、第二定律出发那样讲了。未来的热力学教学，应该按照这样简洁明了的公理化体系来讲，节省时间。时代的进步发展总是这样，留给一成不变旧内容的时间总是越来越少。

刘训臣

Tue, 01 Oct 2024 00:00:00 +0000

Xunchen

刘训臣，男，汉族，1983年7月出生，山东青岛人。2007年获山东大学化学系学士学位（导师步宇翔教授），2013年获加拿大阿尔伯塔大学化学系物理化学博士学位（导师YunjieXu教授），2013-2014年阿尔伯塔大学化学工程与材料工程系博士后（合作导师ThomasThundat教授），2015-2022年上海交通大学机械与动力工程学院讲师，2023至今山东科技大学机电学院教授，博士研究生导师。主要研究激光燃烧诊断技术，近年来面向发动机热流场关键参数的测量难题，在吸收、散射、荧光等燃烧诊断领域都创新燃烧诊断方法，发展了多种高频多场同步精细化燃烧诊断技术，建设了世界领先的激光燃烧诊断实验平台，服务于“两机专项”项目、重大研究计划等国家级项目。作为负责人主持国家自然科学基金重点研发计划集成项目子课题1项，面上基金1项、青年基金1项、上海市自然科学基金1项、国防重点实验室基金2项、和横向项目等共十余项。在光学诊断和燃烧领域行业权威期刊发表论文50余篇，指导的学生获得国际燃烧学会BernardLewis奖。

Feel free to connect me by writing me an email or wechat.

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新网站上线了

Tue, 01 Oct 2024 00:00:00 +0000

今天是国庆节，才有有时间投个稿，又上线了课题组的网站。

中国的科研工作者真不容易。放假了才有自己的时间。不过外国的科研人员也不容易。我国只不过是现在本科生都有国自然了；前几天看到一篇OL上的文章就是美国高中生发的。为了卷大学入学嘛，可以理解。那小孩的爹也挺厉害。

以后我们的高中生就可以进实验室搞SCI嘛，欢迎本科生来我实验室做点研究，最好能发点SCI论文。只不过是刚到山科大来，没给本科生上课，接触学生还不多。研究生就不用说了，硕士基金，博士博士后基金都卷起来。同行们多来关注我们吧！

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

闫伟杰.基于光谱分析和图像处理的火焰温度及辐射特性检测.2014.华中科技大学,PhD dissertation.

by [张家艺]/xliu-group/zh/people/zhangjiayi/

光谱法火焰温度和黑度测量方法总结

一、火焰光谱数据采集

1.采集对象与范围：利用光谱仪通过多个观测孔采集可见光波段的火焰光谱辐射强度分布。

2.关键特征识别：光谱中会出现碱金属的特征谱线，可初步判断火焰温度，判断依据就是不同种类的碱金属在燃烧时对应的特征谱线惠子啊不同的温度下消失。

3.数据特性说明：采集到的是视线方向上的辐射累积值，后续计算得到的温度、黑度均为视线路径上的平均值。

二、双色法火焰灰性波段判断

1.波长间隔选取：

波长间隔的选取需要遵循两点原则：首先，波长间隔应尽可能小，间隔越小，相邻两个波长下的黑度差异就越小，以此保障火焰灰性假设的成立；其次，波长间隔也不能过小，否则会受限于光谱仪输出光谱的波长分辨率。

2.火焰温度与黑度的分步计算

首先是基于双色法的初步计算：利用相邻波长的光谱辐射强度比值，结合普朗克定律初步计算目标波段内火焰的温度和黑度随波长的分布。紧接着进行温度修正与平均温度计算。去除碱金属特征谱线处波动剧烈的温度值，计算计算波段内的平均温度（同一火焰对象的温度与波长无关，仅存在一个恒定温度）。将平均温度代入辐射强度与黑度的关系式，重新计算火焰黑度随波长的分布，消除温度波动对黑度的影响。最后进行灰性验证与结果确认灰性判断标准：根据式$\sigma_T = \dfrac{ \sqrt{ \dfrac{1}{m-1} \sum_{i=1}^{m} (T_i - T_a)^2 } }{ T_a }$，通过计算波段内温度、黑度的相对均方误差验证灰性。

News

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

欢迎2025级硕士研究生: 张洪民、赵殿虎、冉佳兴、赵鑫浩、张家艺
低空经济会议于6月28日举行! 低空经济会议
祝贺三位本科生张晓雨、从飞宇、李杨顺利完成本科毕业设计答辩
互访 Prof. Cheng Song’s lab of The Hong Kong Polytechnic University
欢迎2024级硕士研究生: 高寅斌、惠昊、王硕、王晨、Ayoub Attou

Paper

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

2025

Xunchen Liu*, High frame rate characterization of interaction between twin-nozzle jet in crossflow https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.19927

2024

刘训臣*, 王雅瑶, 王震, 王绍杰. 单激光单相机双色PLIF测量火焰温度场[J]. 工程热物理学报, 2024, 45(12): 3936–3943.

Before 2024

Zhen Wang, Yayao Wang, Xunchen Liu*. “Lift-off region temperature field and planar flow field of a twin-nozzle reacting jet in hot crossflow”. Proceedings of the Combustion Institute, 2023, 39(1): 1269-1278. DOI:10.1016/j.proci.2022.08.123.
Bin Zhang, Haoyang Liu, Xunchen Liu*. Hong Liu. 2023. “Prediction Method of Swirling Flame Lean Blowout Based on Flame Image Morphological Features”. Applied Sciences 13, 3173.

PIV

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

PIV是最常用的实验流体力学测试方法。笔者早年刚刚做激光测量时，参加 Gordon 会议，咨询普度大学的 Lucht 作为课题组如何开始激光诊断方面的研究。Lucht 想也没想就告诉我，做 PIV。

我想原因有两点：

一、PIV 好做，一个532nm激光器，一个相机双曝光就可以做起来了。当然这时第二帧曝光时间太长，拍火焰还是不行。但是PIV很好拍，总会拍到图像；算法很成熟，有了图像，总会算出速度场。就有了很好的实验结果。

二、PIV 应用广泛，可以得到速度场。2D2C 二维图像很直观，也可以复杂一点2D3C 3D3C 图像。速度场就是流体力学研究的对象，很有用。所以PIV方面有现成的系统卖，比如 DaVis Dantec TSI MicroVec 等等。

我们在PIV方面的工作主要还是用高频串脉冲激光器，做高频变化环境中的测量。

软件，我们自己编写的软件可以进行光流法计算流场、AI计算流场、DMD分解等功能。

TDLAS

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

吸收光谱是比较简单直接的测量方法，在燃烧诊断中常用的是用半导体激光的TDLAS。

TDLAS基本知识

吸收光谱简介 TDLAS中用到的模型和定量关系。爱因斯坦系数，HITRAN数据库中线强单位，双色测温原理等。

HITRAN数据库用法介绍一个比官方hapi简化的voigt线形、光谱仿真程序。包含了图形界面。

反应流体光谱仿真程序包含 cantera 和 HITRAN 仿真的反应流体仿真程序。版本更新1 版本更新2

空间分辨率问题

空间分辨率问题从两个不大成功的TDLAS实验说起，讨论了TDLAS方法用于燃烧测量的空间分辨率问题。

最近，读文献中也发现了这个问题。比较成功的例子是在火焰中测高温的CO2吸收峰，我们用这种很简单的方法在扩散火焰和旋流预混火焰中都测的很好。因为只有火焰中才有高温的CO2，没有背景。

只有火焰燃烧才产生N2O，用N2O的吸收光谱去测火焰，这也没有问题，但是不能加腔体。或者因为压力环境的要求，要加腔体，那就要吹扫。但吹扫就要避免对气体火焰有影响。

燃烧器

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

我们的研究对象是各种燃烧器。包括：

平面燃烧器 2025年氢氧火头 2026年氢氧火头

我们制作的平面燃烧器有良好的空间均匀性和时间稳定性。可以用于各种激光诊断方法的标定。可以烧氢氧火焰，温度达到3000K。

横向射流燃烧器

对冲火焰燃烧器

文献讨论

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

横向射流火焰熄火压力的影响

2026年3月

山东科技大学 机械电子工程学院 燃烧诊断实验室 on 刘训臣燃烧诊断实验室主页

光谱模拟

光谱模拟

透射率显示

图形显示

加入光谱模拟结果

声激励喷嘴的结构与参数设计

声激励喷嘴

前人实验装置图

扬声器参数

腔体内部法兰

尾部法兰

尾部密封不锈钢片

声激励喷嘴实物图

功率放大器

信号发生器

2026年3月课题组文献讨论

装置图

测量光谱（1）

测量光谱（2）

PID实现流量控制

Hencken炉的最新进展

I2-cell

干涉器制作

PIV 流场分析软件介绍

软件主界面

双图片速度场计算

双图片速度场计算模块界面

多图像序列批处理

多图像序列批处理模块界

DMD 分析模块

DMD 分析模块界面

DMD 分析模块特征值

DMD 分析模块时间模态

DMD 分析模块空间模态

文件格式转换

光谱模拟

平衡界面

热力学状态及组分

光谱模拟

加入CO光谱模拟

混合气体光谱模拟

反应流体光谱仿真程序 flame spectrum

化学平衡计算截图

2um附近水、二氧化碳混合气体光谱仿真截图

4.2um附近水、二氧化碳混合气体光谱仿真截图

HITRAN 数据库用法

冉佳兴

张家艺

赵鑫浩

张洪民

赵殿虎

吸收光谱简介

简介

Einstein’s A and B constant

用Witoszynski曲线设计收缩段

解决流量计跳数问题总结和感悟

Blow-out limits of nonpremixed turbulent jet flames in a cross flow at atmospheric and sub-atmospheric pressures

利用JANAF表估算氢氧火焰温度

一、扫描求解：氢氧反应平衡与温度搜索

激光车

Diagnostic

常见的激光诊断方法 [Wolfrum](https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2002/fd/b107878j).

低空经济会议

横向射流轨迹的拟合

图1 实验原始图片、拟合轨迹、和以轨迹为坐标转化后的图像

图2 找最大点

图3 修正后的中心线

图4 变量拟合

参考文献

利用HDM3065 Hantek 6位半万用表对5V电源输出电压结果的测试

测试方法

测量连接示意图

数据处理

测试结果

最小二乘法拟合图

拟合值相对于拟合直线理论值残差图

拟合值相对于设定值的残差图

0.9V电压分布

1.1V电压分布

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