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用激光感生击穿光谱技术测量燃煤含碳量李娉;陆继东;谢承利;李捷;刘彦;余亮英【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2007(28)6【摘要】研究了应用激光感生击穿光谱技术对燃煤进行元素快速定量分析的可行性.介绍了用于激光感生击穿光谱技术定量分析的定标曲线方法,并以5种煤样作为实验对象,选取激光击穿煤粉时碳元素505.2nm原子发射谱线为分析谱线,定量分析了延迟时间分别为0.8μs,1.2μs,1.6μs,2.0μs和2.4μs时煤粉中的含碳量,将测量结果与元素分析仪测量结果比较,延迟时间为1.6μs时测量误差最小.根据等离子体发射机制分析了延迟时间对定量分析的影响.实验结果表明:激光感生击穿光谱技术的分析精度较高,可望用于煤质特性快速检测.【总页数】4页(P756-759)【作者】李娉;陆继东;谢承利;李捷;刘彦;余亮英【作者单位】华南理工大学,电力学院,广东,广州,510640;华南理工大学,电力学院,广东,广州,510640;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,煤燃烧国家重点实验室,湖北,武汉,430074;华南理工大学,电力学院,广东,广州,510640;华中科技大学,光电子科学与工程学院,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TN24;O53【相关文献】1.激光感生击穿光谱技术(LIBS)的原理及影响因素 [J], 袁冬青;周明;刘长隆;言峰;戴娟;任乃飞2.激光感生击穿光谱技术在燃烧诊断中的应用 [J], 陆继东;刘彦;李娉3.用激光感生击穿光谱对大气进行定量分析 [J], 余亮英;陆继东;陈文;黄来;李捷;谢承利4.基于激光感生击穿光谱的燃煤结渣特性评估 [J], 谢承利;陆继东;李捷;刘彦;李娉5.激光感生击穿光谱技术测量飞灰含碳量 [J], 吴戈;陆继东;余亮英;陈文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳烟测量方法综述纯属交流，谢绝他用背景柴油机具有比汽油机更高的动力性和经济性，但因不均匀混合气燃烧产生碳烟的排放特性限制了其应用范围。
虽然作为机外净化技术的微粒捕集器可以大幅减少碳烟排放，但人们更希望通过优化改进缸内流动、燃烧过程实现高效清洁燃烧，从根本上降低碳烟排放。
缸内碳烟测试技术不仅可以对缸内燃烧过程中产生的碳烟进行精确的时间、空间解析，为柴油机设计优化提供参考依据，实现更低的排放，而且为深入理解碳烟生成和排放机理，建立更加精确的燃烧排放模型提供强有力的支持，具有重要的学术价值和应用前景。
测量方法历史及进展：早期缸内碳烟研究主要采用瞬态缸内采样技术，可以测得采样体积内碳烟的数量信息，具有良好的时间、空间分辨率，并可应用先进的测量设备对采样碳烟的粒子颗粒和体积分布进行准确的测量统计。
但此方法受区域限制不能获得全场数据，且插入采样口会对燃烧过程产生干扰，从一定程度上影响碳烟结果的准确性。
光学测量属于非接触式测量，对测试区域干扰较小，具有良好的时间、空间分辨率。
近年来，随CCD、ICCD 和高速摄像机等探测器件的应用，消光法、散射法、双色法和激光诱导白炽光法等缸内碳烟光测试技术逐渐发展、完善。
消光法（Light Extinction）原理如图所示：当激光束穿过碳烟粒子区域时，由于碳烟颗粒对光的散射和吸收作用使入射光强度降低，导致接收端探测到的能量有所减少。
由于碳烟属于吸收能量很强的介质，对光线的吸收能力远远大于散射能力，因此可以用Lambert Beer 理论描述穿越粒子区域的光强变化，可得出碳烟体积分数。
消光法的优点在于实验装置比较简单，只需要一个激光点光源和一个光电二极管，且测量结果准确性较高。
但此方法只能记录碳烟生成区域的一个点，如果要对整个碳烟生成区域进行研究，则需要重复的完成多点测量，效率较低。
消光法测量碳烟原理图光源后置消光法（BILE）是基于消光原理，在单点消光法基础上发展成的二维碳烟分布测量方法。
基于红外吸收光谱的气体浓度测量实验方法随着环境污染的不断加剧，气体浓度的准确测量成为了环境保护和工业安全领域的重要课题。
本文将介绍一种基于红外吸收光谱的气体浓度测量实验方法，该方法借助红外光谱仪器，通过测量样品在特定波长下的红外光吸收，实现对气体浓度的准确测量。
一、实验步骤1. 样品准备：根据实验需要选择待测气体，并准备一个装有气体的容器。
为确保实验结果的准确性，应确保样品的纯度和浓度符合要求。
2. 红外光谱仪器设置：将红外光谱仪器设置在适当的工作条件下，包括选择适当的波长范围和设置样品室的温度和压力等参数。
3. 样品测量：将准备好的样品容器放入红外光谱仪器的样品室中，确保样品与波长选择器对准。
启动仪器并开始测量。
4. 数据采集：红外光谱仪器将通过红外吸收光谱分析技术，对样品在特定波长下的光强进行测量。
根据测量结果，可以得到样品在不同波长下的吸收峰值。
5. 浓度计算：根据样品在特定波长下的吸收峰值，结合事先建立的吸收系数与浓度之间的关系曲线，可以计算出待测气体的浓度。
需要注意的是，建立关系曲线时应尽量采用多个浓度级别的标准样品，以提高计算结果的准确性。
二、实验注意事项1. 样品的选择与准备：为确保实验结果的准确性，应选择纯度高、浓度稳定的标准样品，并在使用前进行适当的准备处理。
2. 仪器参数设置：在进行实验前，应仔细设置红外光谱仪器的工作条件，包括波长范围、样品室温度和压力等参数。
保证仪器处于最佳工作状态，以获得准确可靠的测量结果。
3. 数据采集与处理：在进行数据采集时，应保证仪器处于稳定状态，避免干扰源的干扰。
对于采集到的数据，应进行适当处理，例如平滑处理、背景校正等，以提高测量结果的准确性。
4. 比较分析：在进行测量前后，可以采用对照试验或与其他方法进行比较分析，以验证红外吸收光谱的测量结果的准确性和可靠性。
三、实验应用与发展基于红外吸收光谱的气体浓度测量方法具有许多优点，如高灵敏度、快速测量、非破坏性等。
基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究近年来，气体检测技术在环境监测、工业生产、安全保障等领域得到了广泛应用。
其中，基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统由于其高精度、高灵敏度和快速响应等特点而受到了研究者的关注。
红外激光吸收光谱技术是基于分子物质对红外辐射产生吸收和发射的原理进行气体检测的一种方法。
红外激光可以通过调整其波长，选择适合被检测气体的特征吸收线，从而实现气体的精确检测。
对于大气环境中常见的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害气体，红外激光吸收光谱技术能够提供高精度的定量测量结果。
此外，红外激光吸收光谱技术还具有实时性强、非接触式探测等优点，在被检测物质浓度变化较快的情况下表现出较好的适应性。
在构建基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统时，一般包括光源、光学系统、探测器和信号处理等组成部分。
光源是红外激光的产生装置，常用的有半导体激光器、红外激光二极管等。
光学系统的作用是将光源发出的激光通过聚焦、分束等方式将其引导到检测区域。
探测器是光信号的接收器，将光强信号转化为电信号。
信号处理部分则对接收到的电信号进行分析和处理，得到气体浓度信息。
在实际应用中，基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统可以用于工业安全监测、环境保护等方面。
例如，工业生产过程中常常会释放出一些有害气体，如苯、甲醛等。
通过布置红外激光吸收光谱传感器，可以及时监测这些有害气体的浓度，当浓度超过一定阈值时，及时发出报警信号，保障工作人员的生产安全。
同时，红外激光吸收光谱技术还可以用于环境监测。
城市中的汽车尾气、工业排放等会导致空气中有害气体浓度的变化。
通过在定点或移动设备上部署气体检测系统，可以实时监测环境中有害气体的浓度，及时采取措施改善环境质量。
虽然基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统已经取得了很大的应用进展，但仍然存在一些挑战和需要解决的问题。
首先，红外激光吸收光谱系统成本高、体积大，限制了其在实际中的应用范围。
毕业论文(设计可调谐二极管激光吸收光谱法检测CO气体的研究The Study of Remote Sensing CO Concentration Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy 姓名与学号 3021121123指导教师年级与专业10级信息工程所在学院和系信息学院光电系毕业论文(设计任务书一、题目:可调谐二极管激光吸收光谱法检测CO气体的研究二、指导教师对毕业论文(设计的进度安排及任务要求:起讫日期 200 年月日至 200 年月日指导教师(签名职称三、系、研究所审核意见:负责人(签名年月日目录摘要 (2英文摘要 (2第一章绪论 (3第二章可调谐激光器 (4第三章红外吸收原理及优点 (8第四章 CO的吸收谱线 (11第五章可调谐二极管激光红外吸收光谱实验原理 (14第六章可调谐二极管激光吸收光谱实验装置 (19第七章结论 (24参考文献 (25摘要可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或者定量分析。
在大气痕量气体和气体泄漏的监测中,为了提高探测的灵敏度,一般会根据具体情况对激光器采取不同的调制技术如波长调制、振幅调制、频率或者位相调制等,同时和长光程吸收池相结合使用,并辅之以各种噪声压缩技术。
TDLAS不仅精度较高,选择性强而且响应速度快,已经广泛用于大气中多种痕量气体的检测以及地面的痕量气体和气体泄漏的检测。
本文介绍了一套可调谐二极管激光吸收光谱检测大气中一氧化碳浓度的实验装置,这套装置具有灵敏度高、检测限低(ppb量级、易于集成为便携式痕量气体检测仪等优点,系统选用近红外光源和探测器,与传统的中红外波长工作器件相比,成本得以降低。
近红外波长光信号利用光纤传输,替代了传统的复杂光路系统,使器件结构小型化。
若激光器的调谐波长范围能覆盖1.3—1.8μm或者在光路中装配几台窄范围可调偕激光器实现波长扫描范围覆盖1.3—1.8μm,则可同时实现对大气中诸多重要痕量气体如C02、CH4、CO、CH20、H2S、NH3、HCI、C2H2等的同步监测。
TDLAS激光光谱一氧化碳检测用于一氧化碳检测的德国nanoplus激光器用于各种应用，包括：工艺优化：燃烧控制环境：排放控制安全：早期火灾探测健康医疗：呼气分析健康医疗：手术烟雾分析可调二极管激光光谱仪可以实时和原位测量高达ppb精度的CO。
nanoplus激光器具有长期稳定性，几乎不需要维护，非常适合在恶劣环境下运行。
一氧化碳检测的标准波长，红外吸收光谱：nanoplus提供各种波长来瞄准一氧化碳的振动旋转带。
文献推荐以下波长用于一氧化碳检测：1568 nm2330 nm4610 nm精度为0.1 nm，可以从nanoplus获得以上波长以及其他定制波长用于一氧化碳检测。
选择波长时，必须考虑产品设置，环境和测量性质。
不同中心波长的激光器的电性特性参数：应用案例：1.高温过程中的燃烧控制：COCO是高温过程中的主要元素。
优化烟气中的CO浓度可提高燃烧效率。
同时，它减少了温室气体的排放。
与短波长范围相比，在2.8 µm和4.3 µm等长波长处进行CO检测具有更强的振动吸收特性。
这种效果提高了检测器的灵敏度，并允许使用短路径长度的测量装置2.高温过程中的燃烧控制：O 2和CO氧气控制可提高焚化炉的流程和成本效益。
氧化需要过量的空气。
但是过多的空气会使燃烧冷却，并增加烟道气中的CO含量。
实时和现场监控有助于优化燃烧过程中的氧气含量3.早期火灾探测：CO早期火灾探测技术依赖于对一氧化碳的高度灵敏检测。
燃煤电厂，钢厂或生物质沉积物使用这些烟雾探测器来提高过程和工人的安全性。
4.监测呼吸气体：CO相对较新的呼吸分析研究领域将呼出气中的CO浓度定义为例，如呼吸道感染和哮喘的生物标志物。
5.血红细胞寿命：CO通过测定肺泡气CO浓度可以实现红细胞寿命的测定。
美国儿科学会（简称AAP）2004年发布的新生儿高胆红素血症处理指南将CO呼气试验法作为确认新生儿是否存在溶血（即红细胞寿命缩短）的唯一推荐方法。
基于气体浓度和烟颗粒消光系数的复合火灾预警系统蒋亚龙;王进军【摘要】为解决火灾烟雾颗粒的消光效应对光声火灾检测带来的影响，以近红外激光为光源，结合波长调制技术和谐波检测技术对光声信号和颗粒消光系数进行了测量，并建立了火灾复合探测模型。
利用棉绳阴燃、木材热解2组阴燃火实验以及正庚烷明火、木材明火2组明火实验进行了火灾模拟探测，并结合特定算法对结果进行了判定。
结果表明系统能较好地对实验产生的CO浓度和烟颗粒消光系数进行探测，且运行稳定，能够满足火灾预警需求。
%In order to solve the influence by the extinction effect of fire smoke particles on photoacoustic fire detection , the photoacoustic signals and extinction coefficient of the smoke particles were measured by using the near -infrared laser as the light source , combined with the wavelength modulation technology and the harmonic detection technology , and a compound fire detection model was established .The simulated fire detection was carried out by means of two smoldering fire tests , i.e. cotton rope smoldering fire and wood pyrolysis , as well as 2 open fire tests, i.e.n-heptane fire and wood fire , and the results were determined with the specific algorithm .It showed that the system can successfully detect the concentration of carbon monoxide and the extinction coefficient of smoke particles generated in the four tests mentioned above , and runs stably , which can meet the requirements of fire alarm .【期刊名称】《中国安全生产科学技术》【年(卷),期】2017(013)001【总页数】5页(P141-145)【关键词】气体浓度;消光系数;火灾探测【作者】蒋亚龙;王进军【作者单位】安徽新华学院土木与环境工程学院，安徽合肥230088;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽合肥230027【正文语种】中文【中图分类】TN20 引言随着社会经济和城市化建设的快速发展，火灾发生的频率、造成的经济损失和生态环境损失不断呈现上升趋势，对人类社会造成了巨大的损失。
基于激光光谱吸收技术的气体浓度检测系统的研究目录1.绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2 调谐二极管激光吸收光谱技术特点及应用 (2)1.3 调谐二极管激光吸收光谱技术的研究现状及发展趋势 (2)1.4 本文研究的主要内容 (4)2. 调谐激光吸收光谱技术的理论基础 (5)2.1 吸收光谱学理论 (5)2.2 谱线强度 (5)2.3 吸收线性 (6)2.4 本章小结 (8)3. 调谐二极管激光吸收光谱技术系统 (9)3.1 调谐二极管激光吸收光谱技术系统概述 (9)3.2 各部分主要器件 (9)3.2.1 光源 (9)3.2.2 激光驱动器 (11)3.2.3 光电检测器 (11)3.3 数据预处理过程 (12)3.4 本章小结 (12)4. 吸收光谱系统优化的研究 (13)4.1 谐波次数的选择 (13)4.2 相敏检测的参数优化 (13)4.2.1 锁相放大器的带宽 (13)4.2.2 锁相放大器的相位对谐波信号的影响 (14)4.3 激光器调制参数的优化 (14)4.3.1 调制度对谐波信号的影响 (14)4.3.2 调制频率对谐波信号的影响 (15)4.3.3 扫描信号幅度对谐波信号的影响 (16)4.3.4 扫描信号频率对谐波信号的影响 (16)4.4 本章小结 (16)5. 气体浓度反演的方法研究 (18)5.1 系统噪声来源 (18)5.1.1 探测器噪声 (18)5.2.2 激光额外噪声 (18)5.1.3 剩余幅度调制 (19)5.1.4 光学干涉条纹 (19)5.2 背景噪声对系统的影响 (19)5.3 气体浓度反演的方法研究 (20)5.3.1 直接比例反演法用于浓度反演 (20)5.3.2 最小二乘法用于浓度反演 (20)5.3.3 线性拟合法用于浓度反演 (21)5.4 本章小结 (22)6. 总结与展望 (23)6.1 全文总结 (23)6.2 工作展望 (24)参考文献 (25)致谢 (1)1 绪论1.1 课题研究背景环境是人类赖以生存的基础。
式中l和l0分别为入射激光强度和透射激光强度，为激光吸收路径长度，α（l，v）为激光经过l位置处的吸收式中，Re[w（z）]为Faddeeva高斯线型函数ϕ（σ）的半高半宽，其中，v0为中心跃迁频率，常数，k为波尔兹曼常数，M（其中γair和γself为在常温常压下的空气展宽的半高半宽和自身展宽的半高半宽。
n air和n self分别为空气展宽的半高半宽和自身展宽的半高半宽的与温度相关的指数系数。
HITEMP数据库提供了不同跃迁的关于式中，R为火焰外缘半径，v1，v2分别是激光扫描波长的下限与上限。
公式（8）对激光扫描频率范围内的任一频均成立。
吸收率α（r）可以通过Abel逆变换得到：图1同轴扩散火焰激光测量图以及Abel逆变换展开为一系列余弦函数相加的形式：式中，M为傅里叶序列的频率上限，)为一系列余弦函数：将公式（11）代入公式（7）并进，每个测量节点处的吸光度A（x）可写为：（12）由于实际情况下的测量节点位置是确定的，所以公式（12）表示为吸光度的径向分布函数。
各j将拟合到的a m代入公式（10），便可得到不同径向位置的吸收率。
通过以上分析可以看出傅里叶分析方法具有以下几12其中，f1（r）和f2（r）分别为单峰函数和双峰函数，代表同轴扩散火焰高度较高和较低处的吸收率径向分布。
本实验中，我们对20个测量点处的吸光度数据进行对吸光度径向分布函数P1（x）和P2（x）叠加2%幅值的随机噪声，然后使用Onion-Peeling方法和傅里叶分析方法进行重建，重建过程中傅里叶分析方法的频率上限M 取6，以过滤掉噪声。
两种方法的Abel逆变换结果如图3所示。
可以看出Onion-Peeling方法的重建结果有非常明显的波动，尤其是内部区域，这是由于Onion-Peeling方法是从外部逐层向内进行计算，误差会不断积累，导致内部重建结果准确度较低。
傅里叶分析方法的重建结果与原始图2无噪声时Onion-Peeling方法和傅里叶分析方法的Abel逆变换结果图32%噪声时Onion-Peeling方法和傅里叶分析方法的Abel逆变换结果精度：式中，e T为重建结果与原始数据之间的平均偏差，示了重建结果与原始数据相对差别的综合平均值图5TDLAS测量和CFD仿真的温度和CO2浓度分布图6（a）和（c）为高度10mm和30mm处TDLAS和CFD仿真的温度水平截面径向分布比较。
用激光诱导可见光法测量电场影响下火焰碳烟颗粒浓度的分布变化王宇;姚强;何旭;马骁;宋蔷;李水清【期刊名称】《中国电机工程学报》【年(卷),期】2008(28)8【摘要】建立了一套基于激光诱导可见光法（laser-induced incandescence，LⅡ）及双色标定法的颗粒体积浓度定量诊断系统。
该系统利用高能脉冲激光瞬间加热火焰中的纳米颗粒，使颗粒迅速升温到3500-4000K，从而诱发可见光，再利用双色法进行标定，确定光强与颗粒浓度的量化关系，从而计算出火焰中颗粒的绝对浓度以及二维分布。
利用该系统测量电场影响下的碳烟颗粒浓度发现：外加电场可以降低火焰中碳烟颗粒的体积浓度，但在加压初期由于电场力作用而使浓度均有升高，±6kV后，离子风加强了物质间的混合，燃烧充分，浓度在小幅度升高后便持续剧烈下降，火焰高度也随之下降。
热泳力瞬时采样法佐证了负电场对火焰碳烟颗粒浓度有更强的抑制作用，当电压为-15kV时，浓度降低至原浓度的10％。
【总页数】6页(P34-39)【关键词】激光诱导可见光;纳米颗粒;碳烟;浓度测量;火焰【作者】王宇;姚强;何旭;马骁;宋蔷;李水清【作者单位】清华大学【正文语种】中文【中图分类】TK16【相关文献】1.煤粉射流火焰中碳烟浓度分布的LII测量 [J], 许开龙;李卓然;张海;吴玉新;罗开红;吕俊复2.用激光诱导炽光法定量测量火焰中的碳烟浓度 [J], 何旭;马骁;王建昕3.发射CT法同时测量含烟黑火焰的温度与烟黑浓度分布的实验研究 [J], 艾育华;周怀春4.利用激光诱导炽光研究高压环境下液体燃料层流扩散火焰碳烟分布的二维图像[J], 周磊;张红兴;王震5.基于二维激光诱导炽光法的棉籽油扩散火焰碳烟生成特性 [J], 何旭;张志鹏;吴昊;高永利;花阳;刘凤山;李向荣;刘福水因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光诱导炽光法定量测量碳烟岳宗宇;张鹏;陈贝凌;刘海峰;郑尊清;尧命发【期刊名称】《燃烧科学与技术》【年(卷),期】2013(000)005【摘要】利用激光诱导炽光法和高温双色法相结合，得出碳烟体积分数的量化结果；利用碳烟炽光信号衰减速率和炽光物理模型分析得出碳烟粒径的量化结果。
分析讨论了 LII 模型对于不同压力范围内模型的适用性。
搭建了 LII测试系统，在一台协流部分预混燃烧器上开展了实验，燃料以正庚烷和甲苯作为基础，分别添加乙醇和正丁醇。
实验结果显示，含氧燃料的添加有效降低了火焰中碳烟的生成量，同时验证了LII测试系统及定量测试方法的实用性。
【总页数】10页(P434-443)【作者】岳宗宇;张鹏;陈贝凌;刘海峰;郑尊清;尧命发【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TK16【相关文献】1.基于激光诱导炽光法进行碳烟测量的研究进展 [J], 刘福水;花阳;吴晗;高永利;吴昊2.基于激光诱导炽光法的柴油喷雾燃烧碳烟生成特性 [J], 陈亮;成晓北;颜方沁;郑亮;王志3.用激光诱导炽光法定量测量火焰中的碳烟浓度 [J], 何旭;马骁;王建昕4.利用激光诱导炽光法定量测量柴油机缸内燃烧过程碳烟体积分数 [J], 唐青龙;张鹏;刘海峰;尧命发5.基于二维激光诱导炽光法的棉籽油扩散火焰碳烟生成特性 [J], 何旭;张志鹏;吴昊;高永利;花阳;刘凤山;李向荣;刘福水因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓
度
燃烧过程是化学反应和物理变化耦合的极其复杂的反应系统,对燃烧过程中的温度、气体组分浓度以及碳烟颗粒浓度等多种关键参数实现准确可靠的在线监测,以及对多种参数空间分布的同时测量与重建,对优化燃烧系统设计、提高能量利用效率等有着重要的现实意义。
此外,对燃烧过程中的多种关键参数实现同时在线监测,对理解燃烧过程中的碳烟等污染物的生成机理也有着非常重要的帮助。
在此背景之下,本文开展了火焰中气固两相多种参数同时测量以及燃烧场中多种参数空间分布重建的研究,并且将新型的多参数同时测量方法应用碳烟颗粒生成的相关化学反应机理研究中。
本文首先对研究过程中的分子吸收光谱技术的基本原理及各重要参数进行了详细阐述。
对基于吸收光谱技术的不同测量方法的特点及其适用范围进行了讨论,包括扫描波长直接吸收测量方法、固定波长直接吸收测量方法以及波长调制测量方法等。
此外,还详细介绍了用于固体颗粒测量的Mie散射理论及其近似求解方法Rayleigh散射理论。
其次,研究了对高温环境下多种气体的温度和浓度的同时测量。
选择位于4996 cm-1附近的CO<sub>2</sub>吸收谱线作为本实验研究过程中高温下
CO<sub>2</sub>温度和浓度同时测量的目标谱线对。
对吸收池内不同温度工况（873 K～1273 K）下不同CO<sub>2</sub>浓度（4%～10%）的CO<sub>2</sub>/N2混合气体的温度以及CO<sub>2</sub>浓度的进行了同时在线测量,温度值与设定温度值相比,平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到CO<sub>2</sub>气体浓度值与配比浓度值相比,平均偏差为
2.25%,峰值偏差为4.75%。
同时在实验室对不同燃烧工况下的乙烯/空气预混火
焰中的CO<sub>2</sub>浓度、温度以及H<sub>2</sub>O浓度进行了实验测量,
得到的温度结果与热电偶测量结果十分接近,两者平均偏差为0.6%,峰值偏差为3.9%;测量得到的CO<sub>2</sub>和H<sub>2</sub>O度值与理论计算值吻合良好。
测量结果表明该波长位置处的CO<sub>2</sub>吸收谱线非常适用于高温环
境下浓度和温度的同时测量。
提出了在同时考虑气体吸收作用、碳烟颗粒吸收作用以及火焰自身辐射的情况下,采用单台可调谐半导体激光器同时测量并分离气体吸收系数和碳烟颗粒吸收系数的新方法,并且详细介绍了理论推导和计算过程。
对不同预混气体流速和不同燃烧当量比工况下的乙烯/空气预混平面火焰中不同高度位置处的碳烟颗粒浓度、温度以及H<sub>2</sub>O浓度实现了同时在线监测。
温度测量结果与热电偶测量结果之间平均偏差小于3%,峰值偏差小于5%。
碳烟颗粒浓度测量结果与其他研究学者的测量结果相吻合。
H<sub>2</sub>O 浓度测量的结果与理论计算结果相比,平均偏差为5%,峰值偏差小于10%。
此外,在实验室内搭建了扩散火焰燃烧试验台,利用自行设计并加工制造的
改进型Wolfhard-Parker燃烧器,产生了稳定燃烧的矩形乙烯/空气扩散火焰。
基于本文提出的火焰中气固两相多参数同时在线监测的新方法,采用三台中心工作波长分别位于1398.3 nm、2001.6 nm以及2302 nm处的可调谐半导体激光器,
对扩散火焰中温度、碳烟浓度、H<sub>2</sub>O浓度、CO浓度以及CO<sub>2</sub>浓度进行了同时测量。
分析和讨论了 H<sub>2</sub>O和CO<sub>2</sub>对火焰中碳烟生成的影响。
得出了 H<sub>2</sub>O和CO<sub>2</sub>能够抑制火焰中碳烟的生成,且
抑制作用主要是由于H<sub>2</sub>O和CO<sub>2</sub>的存在导致了火焰中OH 浓度的升高,从而抑制了碳烟气态前驱物PAHs的生成这一重要结论。
实验测量结果和得出的结论与其他研究学者基于化学反应动力学提出的数
值模拟计算结果相吻合,为碳烟生成机理的相关研究提供了实验数据支撑。
最后,将火焰中多参数同时测量技术与层析成像技术相结合,对燃烧环境中火焰的温度、H<sub>2</sub>O浓度以及碳烟颗粒浓度等多种参数的空间分布进行同时重建。
搭建了预混火焰燃烧试验台,提出相关的重建模型,利用单台可调谐半导体
激光器结合光纤分束技术,采用ART算法,对不同燃烧工况、不同高度测量平面内的甲烷/空气预混火焰中的温度和H<sub>2</sub>O浓度的二维分布进行了同时
重建。
此外,搭建了轴对称扩散火焰燃烧试验台,提出了适用于对轴对称扩散火焰的二维重建模型。
在测量过程中,采用本文提出的火焰中气固多参数同时测量方法,结合LSQR
算法,对火焰中的碳烟颗粒浓度、H<sub>2</sub>O浓度以及温度进行了同时重建。
