激光点火

油气井放喷点火需要远程操作，一是保证操作人员的安全性，二是保证点火的可靠性。

任何一种技术都有其优缺点，为保证实现全天候的点火作业，我们目前研究了三种应急点火方式，下面将三种点火方式的适合条件和使用中技术要求进行阐述。

一、激光点火技术本设备名称为电网异物远程清除器，原用于清除电网异物。

主要由异物清除器光源主体、异物清除器发射部、电动云台三脚架,控制器、专用电池等模块组成,电池续航能力超过2小时,有效射程为10-200米,可按照异物特征类型,设置特定功丰和波段的激光,有效作用于非金属材质的电网异物,通过远程加热对异物进行烧蚀,溶断,让其自然掉落,具有免维护运行、成本效益高等优点。

1.作用机理通过地面云台系统瞄准目标异物,激光控制系统发射激光,激光通过远程光学聚焦系统在异物表面聚焦,异物吸收激光瞬间高能量后,温度急剧升离后熔化或者气化,从而异物掉落,达到远程激光清除电网异物的目的大功率熔断功能/温度监控/便携式一体化装置。

我们利用此机理，在应急场景中开展实验，实践证明激光可以引燃可燃的液体、固体、气体。

2.激光点火注意方式（1）激光点液体油品。

通过激光80米远距离直射柴油、汽油5:1混合油料，激光瞄准敞口的油池液体部分，在2-3秒内将油品引燃。

（2）激光点油布。

在200米距离采用激光对浸有柴油的麻布进行实验，激光瞄准油布，在3秒内油布便发生穿洞、冒烟到引燃。

（3）激光点天然气火炬。

在110米距离实验：用激光对天然气出口上空15厘米直接引燃失败；激光对天然气出口下方15厘米金属管线本体发射，同样引燃失败；激光对天然气出口边缘进行发射，在2秒内引燃成功。

分析认为，本试验符合燃烧所具备的三要素：可燃物、着火点温度、助燃物（氧气）。

对出口上空气体进行发射时，因为气体的流动性和密度原因，无法聚热，对金属管本体发射时，局部温度达到了，但无氧气参与，所以引燃失败；只有对出口管体边缘进行发射时，燃烧三要素同时具备，才能引燃成功。

内燃机激光多点点火技术研究进展高旭恒;郭宁;吴立志;张伟;沈瑞琪【摘要】稀薄燃烧能够提高内燃机的热效率并降低污染物的排放,但稀薄燃烧的火焰传播速度慢且在高压下易出现局部淬火现象.激光诱导火花点火能够有效解决燃料在低当量比和高压下燃烧遇到的问题,此外激光点火能够实现多点点火从而缩短燃烧时间并增大燃烧室压力,相较于传统的电火花塞点火技术具有很大优势.锥形腔、衍射透镜、空间光调制器和达曼光栅均已被用于实现多点激光诱导火花点火.归纳了多点激光诱导火花点火的几种技术途径,讨论了内燃机多点激光诱导火花点火的研究状况和最新成果.对实现多点激光诱导火花点火的几种方法进行了评价,并指出了每种方法在多点激光诱导火花点火中的优势和需要解决的问题.在此基础上,对内燃机激光多点点火技术的研究前景进行了展望.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2019(043)004【总页数】10页(P517-526)【关键词】激光技术;多点激光点火;被动调Q微片激光器;激光诱导火花点火【作者】高旭恒;郭宁;吴立志;张伟;沈瑞琪【作者单位】南京理工大学化工学院,南京 210094;上海航天动力技术研究所,上海201109;南京理工大学化工学院,南京 210094;南京理工大学化工学院,南京210094;南京理工大学化工学院,南京 210094【正文语种】中文【中图分类】TN249引言石油资源的消耗和环境污染的加剧对内燃机技术提出了新的要求。

为了提高发动机热效率并减少污染物的排放，稀薄燃烧技术受到人们的重视。

理论上稀薄燃烧可以减少热损失、提高热效率、减少爆震并降低污染物尤其是氮氧化物的排放[1]。

但是稀薄燃烧也有一些问题，如火焰传播速度慢、燃烧不完全和循环变动加剧[2-4]。

这些缺陷会降低发动机热效率和输出功率，甚至增大排放[5]。

提高燃烧速度的主要措施包括改进燃烧室设计[6]、增大湍流、注入氢气[7-8]和激光诱导火花点火[9-10]等。

激光技术在燃烧引擎研究中的应用激光技术作为一种高精密度的测量工具，近年来在科技领域得到了广泛的应用。

特别是在燃烧引擎研究中，激光技术的应用不仅提高了实验精度，也为理论研究提供了新的思路。

本文将从燃烧引擎激光诊断、激光测速以及激光点火等方面，阐述激光技术在燃烧引擎研究中的重要作用。

一、激光诊断技术在燃烧引擎研究中，激光诊断技术被广泛用于燃烧过程的可视化观测。

通过使用激光束对燃烧过程中的气体浓度分布、压力和温度等参数进行测量和分析，可以有效地揭示燃烧过程中的各种反应情况。

例如，激光诊断技术可以用来观测燃烧室内燃烧过程中的火焰形貌，通过火焰形貌的变化可以判断燃料燃烧的效率和燃烧稳定性。

此外，激光诊断技术还可以用来检测燃烧产物的浓度，从而评估燃烧的完全性和污染物的排放情况。

通过激光诊断技术的应用，科研人员可以更加准确地了解燃烧引擎的工作状态，从而为引擎的优化提供理论支持。

二、激光测速技术激光测速技术是燃烧引擎研究中另一个重要的应用方向。

燃烧引擎中存在着各种不同速度的流体流动，如燃料喷射速度、气缸内燃烧气体的流速等。

通过使用激光测速技术，可以测量这些流体流动的速度和分布情况，为燃烧过程的调控提供重要的实验数据。

激光测速技术一般可以分为两种：激光多普勒测速和激光协方差测速。

激光多普勒测速主要用于测量燃烧室中气体流体的速度和方向，能够高精度地获得流体流动的相关参数。

而激光协方差测速则主要用于测量燃料喷射的速度和分布。

这两种激光测速技术的应用有效地提高了燃烧引擎研究的实验精度和数据质量，有助于研究人员更加深入地理解燃烧过程的复杂性和机理。

三、激光点火技术除了激光诊断和激光测速技术外，激光点火技术也是燃烧引擎研究中的重要应用方向之一。

传统的点火技术一般使用火花塞或者喷油嘴等装置进行燃料点火，但是这种方式存在着点火能量不稳定、燃烧效率低等问题。

而激光点火技术可以精确地控制点火位置和能量，从而提高燃料的燃烧效率和动力输出。

电火花点火和激光点火性能对比研究牛嘉伟;范育新;缪俊杰;吕浩杰【摘要】为了比较激光点火和电火花点火的点火性能,在一带稳定器方形直管试验段上,利用电火花调能调频点火器和激光器分别进行点火试验,比较相同来流条件下的初始火核发展、点火极限和火焰传播.结果表明:两者的初始火核形状不同,电火花点火的初始火核呈圆弧形,而激光点火下呈瓣型.相同点火能量下,激光点火比电火花点火的贫油点火极限更宽;相同来流条件下,点火位置下游激光点火的火焰传播速度更快,并且在化学恰当比附近和来流速度为2.14 m/s的情况下,两种点火模式的火焰传播速度相差更大.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2018(050)004【总页数】6页(P465-470)【关键词】电火花点火;激光点火;点火性能【作者】牛嘉伟;范育新;缪俊杰;吕浩杰【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院 ,南京 ,210016;南京航空航天大学能源与动力学院 ,南京 ,210016;南京航空航天大学能源与动力学院 ,南京 ,210016;南京航空航天大学能源与动力学院 ,南京 ,210016【正文语种】中文【中图分类】V231.2燃烧室的点火模式包括电火花点火、热射流点火、等离子体点火和激光点火等。

其中由于电火花点火装置结构轻便简单，并且电火花放电技术具有能量集中、容易控制等特点［1］，因此是目前航空发动机上运用最为广泛的点火模式。

但传统电火花点火存在诸多缺陷：火花塞电极会因为电压升高而发生烧蚀，降低火花塞寿命；点火时间和点火位置不能精确控制，为了避免干扰精心设计的流场，点火火花不得不在燃烧室的淬熄区生成，而非在热力学和空气动力学概念中最佳位置［2］；在点燃贫油混合气时，火焰前锋的传播速度会降低到一个不利于火焰传播的值，给目前的点火系统带来新的问题，如火花核生成困难、火焰传播时容易发生熄火等，降低点火可靠性；但提高电火花点火系统能量会使点火电压增高，火花塞烧烛加剧，使用寿命大大减少。

2024年点火源及其安全控制(一)点火源的概念及其分类点火源是指能够使可燃物与助燃物发生燃烧反应的能量来源。

这种能量既可以是热能、光能、电能、化学能，也可以是机械能。

根据点火源产生能量的来源不同，点火源可分为火焰、火星、高热物体、电火花、静电火花、撞击、摩擦化学反应热、光线聚焦等。

(二)控制火源引起火灾的方法1．化学点火源引起火灾成因主要分为化学自热着火和蓄热自热着火两种：1)化学自热着火。

指在常温常压下，可燃物不需要外界加热，而是依靠特定条件下自身的反应放出的热量着火。

这里讲的特定条件包括：与水作用、与空气作用、性质相抵触的物品相互作用等。

对其控制应当结合以下特点：(1)与水作用化学自热着火。

遇水反应发生自热着火的物质主要有活泼金属、金属氢化物、金属磷化物、金属碳化物、金属粉末等。

其特点是：与水反应放出氢气、磷化氢、甲烷、乙炔等可燃气体和大量的化学反应热。

可燃气体在局部的高温环境中与空气中的氧作用，引起燃烧。

(2)与空气接触化学自热着火。

黄磷、烷基铝、有机过氧化物等物质，能与空气中的氧发生化学反应而着火。

(3)相互接触化学自热着火。

相互接触化学自热着火的物质，一般情况下一种是强氧化剂，另一种是强还原剂，混合后由于强烈的氧化还原反应而自热着火。

例如乙炔与氯气混合、甘油遇高锰酸钾、甲醇遇氧化钠、松节油遇浓硫酸，均可立即发生自燃着火。

2)蓄热自热着火。

煤、植物、涂油等可燃物质都有蓄热自热的特点，长期堆积在一起，会发生蓄热自热着火。

对其控制应当结合以下特点：(1)在一定条件下，能与氧发生缓慢氧化反应，同时放出热量。

(2)在储存过程中，散热条件不好，通风不良，氧化放出的热量散不出去；堆积内积热不散，促使温度上升，反应加快，当温度达到可燃物的自燃点时，可燃物就会着火。

(3)蓄热自热着火是一个缓慢过程，一般需要相当长时间进行热量积蓄，才会引起着火。

2．电气火源引起火灾成因(1)电动机(马达)超负荷运转或绝缘不良、短路发热起火；(2)电气线路安装不牢或接头松动打火，引起周围可燃物着火；(3)乱接乱拉电线或线路绝缘层老化、破损，导致并线短路，产生电火花起火；(4)变压器线圈绝缘损坏或接头接触不良等造成短路或电阻过大发热起火；(5)用过的电熨斗、电烙铁、电炉等未切断电源起火；(6)熔丝(保险丝)安装使用不合格，超负荷时失去保护作用或用其他金属丝代替保险丝引起火灾；(7)使用大功率灯泡靠近可燃物而着火。

2012年8月第24期科技视界SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界Science &Technology Vision0引言激光点火是利用激光脉冲的大功率密度特性来对炸药进行引燃或引爆。

与传统的点火方式—电桥点火相比,激光点火具有抗电磁干扰能力强等显著优点,同时由于激光点火一致性好等特点,从而大大提高了炸药点火系统的安全性、可靠性。

因此这种点火方式得到了广泛的工程应用。

世界上第一台激光器—红宝石激光器于1960年研制成功以来,到了二十世纪六十年代中叶,便有了激光点火的设想和相关研究;到了七十年代中后期,国内、外有关激光点火的技术和理论的研究便得到了进一步深化和发展,并取得了显著的成果。

解放军军械工程学院李金明等人对一维模型进行了计划计算,并做了RDX、HMX 和PETN 等炸药的激光起爆感度实验[1];北京理工大学爆炸与灾害国家重点实验室的周霖、刘鸿明等人对炸药激光起爆过程进行了准三维有限元差分数值模拟,得到的结果与实验结果基本符合。

前面所做的工作对于炸药激光点火作用过程有着重要意义。

但是,在使用自编有限元差分程序进行模拟,这给工程中一些不熟悉编程的工作人员带来困难。

本文利用在使用技术已经成熟,并且在相关领域已经得到实践验证的商用有限元软件Fluent 进行数值模拟,只需将炸药反应热源相和热传导所造成的热能增率编写UDF 程序导入程序计算。

本文建立炸药激光点火的数值模型,对RDX、HMX 炸药的激光点火,炸药内部温度场分布和炸药点火能量阀值等特性进行数值计算。

1数学模型激光点火是将激光的光能转换为热能,热传递给炸药的过程。

在建立模型时,要对模型做如下假设:(1)炸药的相变过程忽略;(2)炸药各相同性,不随温度变化;(3)不考虑反应产生的气体对传热的影响;(4)非激光光束照射的表面作为绝热边界处理。

于是得到如下方程:(1)炸药点燃过程表达式:ρc dT dt =λ∂2T ∂2x 2+∂2T ∂2y 2+∂2T∂2z2()+S (1)式中:ρ为炸药密度,kg/cm 3;c 为比热容,J •kg -1•K -1;T为温度,K ;t 为时间,s ;λ为热传导率,w •m -1•k -1;S 为化学反应放热项,可由Arrhenius 方程来表示:Frank_Kamenetskii 反应模型:S=ρQZ exp -ERT()(2)Sestak_Berggren 反应模型:S=ρQαM (1-a )N Z exp -E RT()(3)式中:Q ———分解反应热,J/kg ;Z ———指前因子,s-1;E ——活化能,J/mol ;R ———普适气体常数,J •mol -1•k -1,一般取值:8.314;α———炸药已反应的质量分数;M 、N ———常系数。

9核聚变的研究。

想要两个原子核克服电排斥力结合，需要极为苛刻的条件。

以太阳为例，其中心有高达1500万摄氏度的超高温，以及约有3000亿个大气压的超高气压。

可控核聚变往往被称为“人造太阳”，需要模拟太阳中心的环境。

实现可控核聚变有两条主流的技术路径：磁约束核聚变和惯性约束核聚变。

地球上无法实现太阳的超高压，但如果把核燃料加热到1 亿摄氏度以上，原子核便会有足够的动力相互碰撞，发生聚变反应。

但一旦到了这一温度，所有固态材料会直接汽化。

上世纪50年代，苏联科学家研制出一个形似甜甜圈的“炼丹炉”，被称为托卡马克装置。

它在环形圈内构建磁场约束核燃料，使其不与高温的容器壁接触，可以持续燃烧一段时间，产生能量。

此后，世界范围内曾掀起托卡马克建设热潮，美国、欧洲、日本、中国都斥巨资打造了这类大型装置。

而惯性约束核聚变，是通过激光产生巨大压强，使核燃料体积在瞬间变小，密度变大，原子核发生聚变反应。

世界上最知名的装置，当192束超高能量的激光束同时轰击一颗胡椒粒大小、装有氘和氚元素的圆柱体时，会产生什么结果？当地时间2022年12月5日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）开展这项实验，“奇迹”发生了。

激光束为圆柱体提供2.05 兆焦耳的能量后，输出了3.15兆焦耳的核聚变能量。

12月13日上午，美国能源部与美国核安全管理局专门召开新闻发布会，宣布这一重大突破。

美国能源部部长詹妮弗·格兰霍姆称，“这是一个具有里程碑意义的成就”，未来将激发更多的发现，为美国国防和清洁能源的发展铺平道路。

一直以来，可控核聚变被认为是“人类的终极能源”，但历经70多年的研究后，仍处在实验阶段。

“点火”，即核聚变产生的能量超过激光束打入的能量，是可控核聚变走入现实必要的指标之一。

“只有这种情况下，这一装置才有望提供能源，而不只是一个耗电器。

”中山大学中法核工程与技术学院副教授王志斌向记者解释说，LLNL 这次的实验从科学层面证明了，惯性约束聚变可以实现净能量增益。

5．6用于快点火的超短强脉冲激光技术一．概述1． 飞秒激光脉冲的特性15110fs s −=飞秒（）激光最早出现于70年代初。

同传统的激光技术相类似，飞秒激光的发展也是和光学材料紧密相关的。

宽带的掺钛宝石激光晶体的出现，促进了飞秒激光在90-年代的飞速发展。

至今飞秒激光在宽带上可以小于4fs ，非常接近单个光波振荡周期。

另一方面，激光脉冲的峰值功率已经超过拍瓦（），相应的光波聚焦光强超过，相当于将所有覆盖于地球表面的太阳能辐射集中到3015110PW W =m μ21210/W cm 的小孔内所获得的强度。

因此，脉冲极短和强度极高的飞秒激光将显示独特的光波特性，并且将创造研究重大科学问题的新途径。

由于飞秒激光的脉冲宽度和光波振荡周期相近，其振幅和位相在相当的时间尺度上发生变化。

飞秒激光将显示出不同于其它较长脉冲的传输特性，光波的谱域相位()φω会显著的影响时域振幅分布或激光脉冲。

例如，50fs 脉宽的飞秒激光经过1cm 的光学玻璃线性传输，将展宽至约100fs 。

这种特性被称为群速度色散效应。

对于大多数光学透明介质，群速度色散仅在飞秒时间尺度上是重要的。

为清晰地说明群速度的概念，可以讨论光波由二列频率稍有不同的平面波组成的情况： 11220012[()][()]00[(())]0()()()2cos ())i k z t i k z t i k z t E t E t E t E e E e E k z t e k ωωωωωωω−−−=+=+Δ=Δ−Δ （1）其中211[()()]2k k k ωωΔ=−211()2ωωωΔ=− 021()21ωωω=+ 上式表明具有多个频率成分的光波的传输和单色平面波相比较，有很大的不同。

它是以中心频率0ω为载频的载波，而其振幅则成为随时间变化的振幅（Fig 1）。

载波表征整个光波的相位信息，其传递速度被定义为相速度。

振幅包洛体现了光波能量的信息，表征了多个频率成分的整体（群）行为，其随 时间变化的速度被定义为群速度p V g V ：g V k ω∂=∂ （2（a ）） p V k ω=（2（b ））图1. 脉冲光波的振幅包洛与载波群速度仅对于脉冲光波才是有意义的。