分子示蹤測(cè)速技術(shù)是一種基于時(shí)間—飛行距離的速度測(cè)量方法,該方法通過測(cè)量對(duì)象目標(biāo)在某一時(shí)間內(nèi)的位移,并利用基本的速度公式:速度=位移/時(shí)間,得到對(duì)象目標(biāo)的速度。區(qū)別于PIV技術(shù),MTV技術(shù)的示蹤粒子采用了氣體分子,因此無需考慮示蹤分子的跟隨性以及破壞性,在高溫高速流場(chǎng)應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),今年來在科研領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。此外,MTV技術(shù)還可以用于研究流體的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性,例如湍流和流體界面。通過追蹤分子在流體中的運(yùn)動(dòng),可以獲得有關(guān)流體行為的詳細(xì)信息,從而更加深入了解流體力學(xué)的問題。
下圖展示了利用OH作為示蹤分子開展HTV測(cè)速的原理示意圖。由于在燃燒環(huán)境中,OH作為燃燒產(chǎn)物大量存在,為了實(shí)現(xiàn)空間分布的區(qū)別, t0為標(biāo)記時(shí)刻,利用193nm的真空紫外線光源將燃燒產(chǎn)物H2O解離,產(chǎn)生專用于示蹤的OH組分,△t為測(cè)量時(shí)刻與標(biāo)記時(shí)刻間的時(shí)間間隔,△s為△t時(shí)間段內(nèi)的位移, △s與△t的比值即為速度。由于采用的是線光源,因此會(huì)得到一條直線上的速度分布。
MTV技術(shù)的重點(diǎn)是示蹤分子的選取。要求示蹤分子在流場(chǎng)空間具有可區(qū)分性和可現(xiàn)實(shí)性,同時(shí)其發(fā)光壽命足夠長(zhǎng)。由于高溫環(huán)境中水分子(發(fā)光基團(tuán)OH)更多處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)且OH壽命更長(zhǎng),OH在高溫甚至反應(yīng)流場(chǎng)中具有很好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),MTV系統(tǒng)采用OH作為示蹤粒子(由此該技術(shù)又被稱為HTV技術(shù))。目前常用的分子成像手段有自發(fā)輻射、PLIF等方法。