摘  要

在高超声速气流条件下，飞行器将面临严苛的气动热环境，基于液体冷却工质的发汗冷却技术可有效缓解高超声速飞行器表面的气动热负荷。然而，高速气流与液体冷却剂之间的相互作用过程复杂。准确表征液相参数可支撑气液耦合作用机理研究。针对液相参数（如温度、厚度或直径）的测量，本文设计并搭建了温度及压力控制实验平台，发展了双色激光诱导荧光技术（Two-color laser-induced fluorescence, 2c-LIF）,系统研究了单染料和双染料在不同运行参数条件下的吸收光谱、发射光谱以及温度响应特性，获得了液相温度空间分布、液膜厚度以及液滴直径的变化规律。主要研究内容概括如下：

1. 设计了温度控制实验及2c-LIF激光测试平台，选取rhodamine B (RhB) 和sulforhodamine 101 (SRh101)分别作为温度敏感染料和非温度敏感染料，溶于去离子水中。研究了单染料和双染料在不同浓度条件下的吸收光谱特性，以及在不同染料浓度、激发激光能量和溶液温度条件下的发射光谱特性；通过优化荧光光谱波段选择，获得了单染料和双染料不同浓度及混合比条件下对应的温度标定曲线，为后续液相二维温度测量提供数据支持。

2. 为模拟高速气流条件下液体工质在飞行器表面铺展厚度变化，设计了不同深度的微通道装置。通过相机采集不同光学滤光片对应的LIF图像，获得了静态条件下基于微通道装置的温度标定曲线。在此基础上，进一步在加热和制冷条件下，测得了微通道内流场的二维温度空间分布；发展了基于阈值的图像处理算法，以实现固-液界面识别，通过对比实验，验证了基于LIF图像测量的液膜厚度与微通道加工深度数据的一致性。

3. 设计了压力控制实验平台及液滴附着方法，系统研究了不同压力条件下染料浓度、激光能量和温度对单染料和双染料发射光谱特性的变化规律。在此基础上，获得了不同压力条件下的单染料和双染料温度标定曲线，测得了加热过程中的液滴二维温度空间分布以及直径变化规律，简要分析了加热过程中液滴蒸发导致的染料浓度变化对测温精度的影响。