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双模式放电中DBD放电参数对甲烷滑动弧火焰光谱及活性粒子的影响分析

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光谱学与光谱分析 2022年第7期42卷 2007-2012页

作者：裴欢陈雷王思远杨昆宋鹏沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁沈阳110136 大连民族大学机电工程学院辽宁大连116605

对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电,放电后会产生大量的活性粒子,这些活性粒子可以辅助气体燃烧,达到提高燃料燃烧利用率等目的。以DBD激励氩气、甲烷、空气产生的自由基(CH基和OH基)等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象,研究DBD放电... 详细信息

对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电,放电后会产生大量的活性粒子,这些活性粒子可以辅助气体燃烧,达到提高燃料燃烧利用率等目的。以DBD激励氩气、甲烷、空气产生的自由基(CH基和OH基)等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象,研究DBD放电激励甲烷对滑动弧火焰的影响。为此,采用自主设计的DBD-滑动弧双模式等离子体激励器,利用同轴介质阻挡放电结构对氩气、甲烷、空气混合气进行放电激励,将激励后的氩气、甲烷、空气混合气通入滑动弧端进行点火。固定氩气流量不变,调整空气流量为4.76 L·min^(-1),并加入甲烷0.5 L·min^(-1),保证进气通道内氩气与空气-甲烷的气体体积流量比达到Ar∶(CH_(4)+Air)=1∶30,其中空气、甲烷这两种气体达到了化学燃烧当量比φ=1,氩气、甲烷、甲烷混合气体能实现均匀而稳定的放电并燃烧。DBD段放电电压在15~20 kV范围变化,放电频率在6~10 kHz范围变化,滑动弧段的电压和频率分别保持4 kV与10 kHz恒定,通过改变DBD段放电电压和放电频率,用高速光纤光谱仪检测滑动弧火焰中自由基种类及其光谱强度,分析放电参数激励甲烷对火焰中自由基(CH基和OH基)的影响。结果表明,DBD段放电电压及放电频率的增加可以促进火焰内部的偶联反应发生,可有效提升甲烷滑动弧火焰内部的活性粒子含量,其中OH基团、CH基团在燃烧链式化学反应进程中发挥着较为重要的作用。甲烷经过DBD激励后,随放电电压和频率的增加,火焰中OH基、CH基等主要活性粒子都随之增加。DBD放电后,活性粒子的光谱强度增大,特征谱线比单模式更加明显;甲烷经过DBD激励后,火焰组成发生了变化,滑动弧段出口处甲烷燃烧反应更加充分,火焰温度越高越容易产生OH基。与单模式滑动弧相比,双模式放电可有效促进火焰内部的链式化学反应进程,促进燃料燃烧。

关键词：双模式放电滑动弧放电介质阻挡放电火焰光谱等离子体

CS_(2)燃烧火焰光谱辐射模型的构建与特征污染产物浓度反演研究

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光谱学与光谱分析 2022年第3期42卷 672-677页

作者：彭吴迪宁甲练陈志莉唐瑾刘礼喜陈林桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541006 生态环境部华南环境科学研究院广东广州510000

CS_(2)在当今化工等领域占据了重要地位,而CS_(2)火灾污染事故危害性极大。通过研究CS_(2)燃烧火焰光谱辐射以探究其火灾污染特性极为必要。搭建了CS_(2)燃烧火焰光谱测试平台,采用黑体辐射源对VSR仪器进行了标定,通过多用途傅里叶变换(... 详细信息

CS_(2)在当今化工等领域占据了重要地位,而CS_(2)火灾污染事故危害性极大。通过研究CS_(2)燃烧火焰光谱辐射以探究其火灾污染特性极为必要。搭建了CS_(2)燃烧火焰光谱测试平台,采用黑体辐射源对VSR仪器进行了标定,通过多用途傅里叶变换(VSR)红外光谱辐射仪测试了5,10和20 cm三种燃烧尺度下CS_(2)燃烧的火焰光谱,并通过热电偶测试了整个燃烧时间段内不同燃烧时刻下的火焰温度,以及在火焰上方安装了烟气分析仪对火焰中的燃烧产物浓度进行监测。测量了CS_(2)整个燃烧时间段内火焰温度,以及不同燃烧时间、不同燃烧尺度下的火焰光谱、燃烧产物组分信息。测试结果表明,CS_(2)火焰中主要含有高温SO_(2),CO_(2),CO气体和空气中卷入的H_(2)O分子,并获取了特征污染产物SO_(2)的浓度。由于现有光谱仪测量分辨率有限,室内实验测量的火焰尺度有限,为了能实现火灾在线监测需要建立一个火焰光谱辐射模型来反演CS_(2)火灾时的污染物浓度相关信息。基于HITRAN数据库可知在2.7μm附近为高温水蒸气的发射峰,4.2μm附近特征峰为高温CO_(2)气体的发射峰,4.7μm附近有CO微弱的发射峰,在7.4μm附近特征峰为高温SO_(2)气体的发射峰,并获得了CS_(2)燃烧时产生的SO_(2),CO_(2),CO和H_(2)O气体在火焰燃烧相同温度下的吸收系数,通过计算得到了CS_(2)燃烧时产生的SO_(2),CO_(2),CO和H_(2)O混合气体的透过率与发射率,并结合气体辐射传输方程、气体吸收系数等方程,创建了CS_(2)燃烧的火焰光谱辐射模型。利用该光谱辐射模型反演了不同燃烧时间下特征污染产物SO_(2)的浓度,并与实验测得的数据进行了对比分析。结果表明,该模型精度高,可用于燃烧产物浓度的定量化反演,SO_(2)分子含量在燃烧时间20,40,60和80 s时的反演精度分别是89.5%,82.5%,85.6%和86.5%。为遥感反演CS_(2)型大尺度火灾中燃烧产物的浓度奠定基础。

关键词：二硫化碳火焰光谱光谱辐射模型气体浓度定量反演

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0~#柴油燃烧初期火焰光谱分析

光谱学与光谱分析 2017年第2期37卷 537-540页

作者：冯军蒋新生李孝斌杜威翟琰徐建楠中国人民解放军后勤工程学院军事供油工程系重庆401331 中国人民武装警察部队学院消防工程系河北廊坊065000

为推进柴油燃烧初期智能识别与抑制灭火技术的发展,通过小尺度油池实验和光谱分析的方法,首次对0~#柴油燃烧初期火焰光谱进行了初步研究,得到0~#柴油燃烧初期火焰光谱的整体特性:在200~380nm的近紫外波段,光谱强度最弱,强度与波长关系不... 详细信息

为推进柴油燃烧初期智能识别与抑制灭火技术的发展,通过小尺度油池实验和光谱分析的方法,首次对0~#柴油燃烧初期火焰光谱进行了初步研究,得到0~#柴油燃烧初期火焰光谱的整体特性:在200~380nm的近紫外波段,光谱强度最弱,强度与波长关系不大,特征谱带数量最少,基本没有明显的谱峰;在380~780nm的可见光波段,光谱强度最强,强度随波长的增大而增大,特征谱带最多,存在较多明显的谱峰;在780~1 100nm的近红外波段,光谱强度相对较大,在780nm处出现强度的拐点,强度随波长的增大而减小,特征谱带较多,存在一定数量较为明显的谱峰。进一步对其火焰光谱进行分析得到:燃烧过程中主要的中间产物自由基包括OH,CN,CH,C_2,H2O等;火焰光谱中主要的特征谱带包括OH自由基306.4nm系统谱带和振动转动谱带、CN自由基紫色光区和红色光区谱带、CH自由基431.5nm谱带、C_2自由基Swan和Phillips近红外谱带、H2O分子振动转动谱带等;特征谱带特征波长及时间的分布情况和主要生成机制;在本实验批次0~#柴油中存在金属K元素,其特征谱线在761和769nm处出现明显的谱峰;在431,512,516,547,589,766,769,891和927nm出现较为明显的特征谱峰,适合作为0~#柴油燃烧初期火焰识别的标志。

关键词： 0^#柴油燃烧初期火焰光谱自由基特征谱带特征谱峰

WCARS-ISPA火焰光谱特征选择的转炉炼钢终点预测

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光谱学与光谱分析 2021年第8期41卷 2332-2336页

作者：朱雯琼周木春赵琦廖俊南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

对转炉炼钢终点的实时精准控制能够有效提高钢铁产出的质量,炉口火焰光谱在炼钢不同时期的变化明显,对其进行分析处理并与机器学习方法相结合可有效用于炼钢终点的实时控制。针对炉口火焰光谱数据量大、现有方法对光谱特征提取在可信度... 详细信息

对转炉炼钢终点的实时精准控制能够有效提高钢铁产出的质量,炉口火焰光谱在炼钢不同时期的变化明显,对其进行分析处理并与机器学习方法相结合可有效用于炼钢终点的实时控制。针对炉口火焰光谱数据量大、现有方法对光谱特征提取在可信度和实时性上不足的缺陷,提出一种基于窗口竞争性自适应重加权采样(WCARS)结合迭代式连续投影算法(ISPA)的光谱特征波长选择方法,该方法在有效解决模型过拟合问题的同时,能够降低高维数据计算的复杂度。将火焰光谱数据沿波长方向进行窗口划分后,使用CARS进行计算选出特征窗口波段,再将迭代式选择与传统连续投影算法相结合,通过重复迭代精选出特征波长,在此基础上使用支持向量机回归(SVR)建立炼钢终点碳含量预测模型。实验采集363组炼钢后期的炉口火焰光谱数据作为样本,并对其进行Savitzky-Golay平滑预处理。使用WCARS-ISPA算法从全光谱数据中选出10个特征波长作为SVR模型的输入,碳含量为模型输出,Kennard-stone算法对训练集和测试集进行划分,选择碳含量的平均预测误差、预测误差在±2%以内的命中率以及运行30次的平均时间作为模型评价指标。实验结果显示,模型的平均碳含量预测误差为1.4132%,命中率高达90.63%,运行时间为0.019679 s。与使用全光谱和WCARS-ISPA,CARS-SPA,WCARS和SPA四种不同特征选择方法选出的特征波长建模得到的结果进行对比,基于WCARS-ISPA方法选出的特征波长建立的终点碳含量预测模型误差最小、命中率最高。提出一种新的炉口火焰光谱特征波长提取方法,使用窗口竞争性自适应重加权采样结合迭代式连续投影算法选取特征波长,并在此基础上建立转炉炼钢终点碳含量预测模型,实验结果表明,该方法能够有效提取火焰光谱特征,所建模型能够对转炉炼钢终点进行准确预测,满足工业生产的实时控制要求,为实际生产提供可靠帮助。

关键词：转炉炼钢火焰光谱窗口竞争性自适应重加权采样迭代式连续投影算法终点预测

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红外光谱的二硫化碳火焰光谱辐射特性研究

光谱学与光谱分析 2020年第5期40卷 1377-1381页

作者：宁甲练唐瑾胡天佑刘强王皓文陈志莉桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541004 防化研究院北京102205

近年来,化工领域对二硫化碳需求日益增多,而二硫化碳具有易燃易爆等特点。在生产过程中易发生火灾事故,危害性极大,易造成经济损失和人员伤亡。在火灾事故危害研究中,火焰光谱研究极有必要。因为火焰光谱中含有大量信息,包括火焰温度、... 详细信息

近年来,化工领域对二硫化碳需求日益增多,而二硫化碳具有易燃易爆等特点。在生产过程中易发生火灾事故,危害性极大,易造成经济损失和人员伤亡。在火灾事故危害研究中,火焰光谱研究极有必要。因为火焰光谱中含有大量信息,包括火焰温度、燃烧组分、各个波段的热辐射强度等信息。以二硫化碳燃料为研究对象,搭建了火焰光谱测试平台,主要由VSR红外光谱仪、伸缩装置、燃烧器组成,测试了5 cm燃烧尺度下二硫化碳、苯乙烯、乙腈、乙酸乙酯燃料在1~14μm红外波段上燃烧火焰光谱,以及二硫化碳分别与苯乙烯、乙腈、乙酸乙酯三种不同燃料按照1∶1混合的火焰光谱,获取了二硫化碳火焰光谱特征波段,构建了二硫化碳火焰光谱特征库。在燃料单独燃烧火焰光谱研究中,二硫化碳燃料燃烧时火焰呈蓝色不发烟,其火焰光谱辐射主要来自于高温下SO2,CO2和H2O三种分子辐射,其中SO2特征峰为4.05,7.4和8.51μm,CO2特征峰为2.7和4.3μm,H2O特征峰为2.5,2.7和5.5~7μm,乙腈、乙酸乙酯燃料燃烧火焰光谱特征基本一致,火焰光谱辐射主要来自于高温下CO2,H2O分子辐射,苯乙烯火焰光谱辐射除了高温气体辐射外还有较强的炭黑辐射,炭黑辐射中心波长在7μm,温度大约在414 K。除此之外,苯乙烯燃料与其他三种化学品相比,在3.6μm波段处存在独有的C-H健伸缩振动峰。二硫化碳火焰燃烧产物与苯乙烯、乙腈、乙酸乙酯三种燃料相比具有独有的SO2分子,其在4.05,7.4和8.51μm处存在特有的特征峰,这些特征峰可作为航天探测识别其火灾依据之一;在燃料混合燃烧火焰光谱研究中,二硫化碳与苯乙烯、乙腈、乙酸乙酯三种燃料混合燃烧时,燃烧火焰光谱特征基本相似,火焰光谱辐射主要来自高温下CO2,H2O和SO2分子辐射,实验表明,在混合燃烧时,二硫化碳的火焰光谱特征峰未被其他燃料的组分干扰,特征峰仍然明显。这一研究结果可为后续利用航天遥感探测技术探测识别二硫化碳火灾研究奠定基础。

关键词：二硫化碳火焰光谱光谱数据库红外光谱技术

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基于火焰光谱和特征工程的生物质燃料识别

中国电机工程学报 2018年第15期38卷 4474-4481页

作者：李新利李一娇卢钢闫勇华北电力大学控制与计算机工程学院北京市昌平区102206 英国肯特大学工程学院英国肯特CT27NT

火焰光谱包含了丰富的燃烧信息,火焰自由基的光谱特征对不同生物质燃料识别具有重要影响。文中通过生物质燃烧火焰和火焰自由基光谱特征的测量,结合特征工程,提出一种基于改进支持向量机的生物质燃料识别技术。该技术通过光纤光谱仪获... 详细信息

火焰光谱包含了丰富的燃烧信息,火焰自由基的光谱特征对不同生物质燃料识别具有重要影响。文中通过生物质燃烧火焰和火焰自由基光谱特征的测量,结合特征工程,提出一种基于改进支持向量机的生物质燃料识别技术。该技术通过光纤光谱仪获得生物质火焰辐射强度和火焰自由基（OH＊（310.85nm）,CN＊（390.00nm）,CH＊（430.57nm）和C2＊（515.23nm、545.59nm））辐射强度信号,通过特征提取、基于Filter的特征选择和基于字典学习的特征学习,构建特征工程,获得能够准确反应样本类别的特征,并结合改进的网格搜索算法优化支持向量机的径向基核参数γ和误差惩罚因子C,建立生物质燃料识别模型。在燃烧试验炉上的实验结果验证了该模型的有效性。

关键词：火焰光谱火焰自由基生物质燃料识别特征工程字典学习支持向量机

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原子吸收、原子荧光和火焰光谱分析

分析试验室 1991年第4期10卷 69-84,101页

作者：郭小伟南京大学

本文根据1988～1990年国内主要分析刊物所发表的文章,以及第三届北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA)、中国化学会第三届原子光谱会的主要论文,对我国原子吸收、原子荧光和火焰光谱分析的进展进行了评述,对于国外有关的重要文章也简... 详细信息

本文根据1988～1990年国内主要分析刊物所发表的文章,以及第三届北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA)、中国化学会第三届原子光谱会的主要论文,对我国原子吸收、原子荧光和火焰光谱分析的进展进行了评述,对于国外有关的重要文章也简单地加以介绍。

关键词：原子吸收原子荧光火焰光谱

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燃烧状态及煤粉粒径对火焰光谱的影响

工程热物理学报 2006年第Z2期27卷 147-150页

作者：程智海蔡小舒岳俊欧阳新李俊峰唐荣山上海理工大学动力学院颗粒与两相流测量研究所上海200093

本文利用CCD光纤光谱仪,对不同燃烧状态下的煤粉火焰光谱进行测量。发现通过光谱法测得的火焰温度和使用热电偶测得的火焰温度存在一定的偏差。光谱法的温度较热电偶的温度高100-700℃,燃烧条件变差时热电偶的温度下降,光谱法的温度升高... 详细信息

本文利用CCD光纤光谱仪,对不同燃烧状态下的煤粉火焰光谱进行测量。发现通过光谱法测得的火焰温度和使用热电偶测得的火焰温度存在一定的偏差。光谱法的温度较热电偶的温度高100-700℃,燃烧条件变差时热电偶的温度下降,光谱法的温度升高,两者偏差增大,光谱法温度的波动范围增加。随着一次风煤粉浓度下降, K的发射谱线强度下降。相同燃烧条件下,煤粉细度提高使得光谱法测得的温度下降,温度波动加剧。

关键词：燃烧火焰光谱温度测量燃烧诊断

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火焰光谱研究中的三维表法

分析化学 1981年第4期 392-397页

作者：胡丰刘群柱王瑞陵钱国英中国科学院青海盐湖研究所

提出了一种用于火焰光谱研究的“三维表法”.它利于全面总结规律,最适于测量参数最佳化,调查干扰的分区性及采取极缩干扰的有效措施,以及弄清其他感兴趣的三维关系。故最利于发展新的分析方法.

关键词：三维关系升/分吸光值乙炔炔烃测量位置灯电流原子化火焰光谱电离干扰最佳化最优化狭缝宽度