生的散射即稱瑞利散射。瑞利散射的頻率響應高于任一目前基于激光的其他測量方法。瑞利散射強度可表示為
’(% +" +"
.
" % & )* ( +) * ( +)
,--,--
式中/—
—聚光系統(tǒng)的標準常數(shù)
% —
—入射激光強度；
———聚光立體角；
&———反射到探測中激光束段的長度；
0———試驗壓力；
(% —
—阿伏伽德羅常數(shù)，12 %33%45 6 7%31分子數(shù)（89:;<=）；
)—
—通用氣體常數(shù)；
*———絕對溫度。
（3）湍流火焰中瑞利散射測量
圖 > ?@ ?>示出共型湍流火焰試驗器。這是一臺引風式風洞，在試驗段上游軸對稱噴射燃料，試驗段為全窗式，橫截面為矩形，7A%B;CA%B;，長 3%%B;。燃料噴嘴內(nèi)徑為 %2 5AB;，燃料混合物（氫氣中含 %2 33;<=的氬）整體速度為 754; 8 "，共流空氣速度為 >2 5; 8 "，射流雷諾數(shù) ),為 34%%%。其光路人口用于多種激光診斷，設備保持固定，而整個燃燒通道可以在三個方向上改變。應用該設備可以進行下述試驗：
在等瑞利橫截面下，測量湍流燃燒溫度，即是瑞利散射強度的變化影響燃氣溫度的變化，從而測出沿火焰中心線幾個不同軸向位置的火焰概率溫度分布。
在等溫條件下，測量摩爾比，即是瑞利散射強度的變化是由于有效瑞利微元橫截面的變化引起的摩爾比的變化產(chǎn)生的。
%在等 " D 8 ;D下，測量密度，此種情況下，燃料、氧化劑和產(chǎn)物每一個都具有相同的 " D 8 ;ED值，" D為微元橫截面積，;D為燃料、氧化劑或燃燒產(chǎn)物的分子量。
32湍流火焰的拉曼散射測量
（7）拉曼散射
當一頻率為 -%的單色光入射到透明的氣體、液體或固體介質(zhì)上，除了可以觀察到原來頻率 -%的光外，還可以觀測到頻率為 --% F-)的新的光信號，這種頻率發(fā)生改變的光散射稱之為拉曼散射，它是以印度科學家拉曼（ 2 G2 )H;HI）命名的。
拉曼頻移八通常與分子的轉動能級、振動能級和電子能級之間的躍遷相聯(lián)系。新頻率。的譜線構成拉曼光譜。散射光的頻率小于入射光頻率（ -"-% ?-)）稱為斯托克斯光，相 •77J1•

圖 > ?@ ?>/用于多種激光診斷的湍流燃燒試驗器
 
反，當散射光頻率大于入射光頻率（ "  %&）稱為反斯托克斯光。
當頻率為 的單色輻射入射到分子中產(chǎn)生頻率為的感應振蕩偶極子，然后這些振蕩偶極子再被頻率 ’&的分子振動調(diào)制形成  (&的新振蕩偶極子。拉曼散射就是由這些頻率為  (&的感應振蕩偶極子引起的。
根據(jù)能量轉移原理，頻率 的入射光可以看作具有能量為 )的光子，當該光子與分子碰撞時，一種情況是前述的彈性碰撞，光子與分子無能量交換，光子僅改變運動方向，這即是瑞利散射；另一是非彈性碰撞，這時不僅光子運動方向改變，而且光子與分子有能量交換，使光子能量也發(fā)生改變，如果分子原來處于低能級 *+的狀態(tài)，非彈性碰撞的結果，使分子從光子那兒獲得一部分能量，而躍遷到正 ,，這時光子的頻率為 "，即是斯托克斯線，它為
*, -* +
 -
式中 .)———普朗克常數(shù)。" )如果分子原來處于高能級 *,狀態(tài)，那么非彈性碰撞結果將使分子由高能級 *,躍遷到低能級 *+狀態(tài)，光子獲得能量 *, -*+，從而使光子頻率變?yōu)?"，即反斯托克斯頻率，則
*, -* +
/  -
)斯托克斯頻率和反斯托克斯頻率與入射光頻率之差 (稱為拉曼頻移，斯托克斯線和反斯托克斯線的拉曼頻移相等： ( -" / - （ * -* +）’)常溫下處于低能級 *+狀態(tài)的分子數(shù)要比處于高能級,*,狀態(tài)的分子數(shù)多得多，因此，斯托克斯線總比反斯托克斯線強，這也是自發(fā)拉曼散射總是主要研究斯托克斯散射的緣故。
在燃燒過程研究中，雙原子分子的拉曼光譜是十分重要的，這是因為在空氣中或燃燒系統(tǒng)中 01和 ,是主要成分，而且這些同核雙原子分子由于其結構的對稱性，它們沒有固定的偶極矩，因此它們沒有紅外光譜。通過了解燃燒系統(tǒng)中拉曼光譜的變化來研究燃燒室中溫度和濃度的變化。
一個雙原子分子的拉曼頻移是由轉動頻率或振動頻率，或它們兩者的締合決定的。通常振動—轉動拉曼光譜更適合于火焰測量，因為相對地消除了不同成分光譜的重疊。自發(fā)拉曼光譜儀的突出優(yōu)點是光電倍增管的累積負荷 23與激光器能量 24和成分濃度 03呈線性關系，即
23  5324 03（36）式中，比例常數(shù) 53取決于振動拉曼橫截面積、波長和聚光效率，并且通過標定確定。在室溫和常壓下由燃氣樣品的振動—轉動拉曼散射進行標定；帶寬因子 3
（ 6）計及了與溫度相關的分子在其所允許量子態(tài)下的分布， （36）包括光譜位置、形狀、光譜儀帶寬和激光器帶寬諸因素的影響。對于 0 、和 7 可以計算出 3。對于像 7 （ 6）的
 ，（ 6）8的三原子分子， 3計算值可用性較小。因此,，標,定后,，要測量成分濃度就必須同時測,量激光器脈沖能量、拉曼信號和溫度。若引入守恒標量 "，代表燃料和產(chǎn)物濃度的代數(shù)和，為一反應標量，即《與化學反應過程無關，在化學反應中 "是守恒的， "的變化僅僅是由于湍流和分子輸運產(chǎn)生的。在發(fā)動機噴 •++:9•
 
管中產(chǎn)生的原子局部瞬態(tài)濃度除以總原子濃度的值就是一個守恒標量，在噴管中，該值為 ，在自由空氣流中為 "。其中（是由測量氮的拉曼信號確定的。貧燃料時，建立  "關系；富燃料時 %&’ ( )&，可建立 )&  "關系。
（&）測量結果
標量 &、)&"、)&、 ( %和 *的平均值隨原子混合比 +的變化。根據(jù)這些原子混合比應用數(shù)據(jù)換算程序可以求得總燃氣密度和溫度隨徑向距離的變化。 ,-速度—標量的聯(lián)合測量湍流流動的輸運速率比非湍流中產(chǎn)生的分子輸運速率大幾個數(shù)量級。這些較高的輸
運速率是速度脈動量（./，0/，/，）間的相互關系和速度與標量脈動量 1/、密度 /或各成分濃度脈動量間關系共同作用的結果。
　
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