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基于TDLAS的燃烧生成物浓度场二维重构技术研究

基于TDLAS的燃烧生成物浓度场二维重构技术研究

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作者：王国水哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

实现对燃烧产物情况的监测,有助于正确分析燃烧过程,辅助热能动力机械或燃烧设备的设计和改进,对研究燃烧机理、提高机械效率等具有重要意义。现有的检测方法大多采用采样或接触式分析的方法,多需要对样品进行预处理,时效性差,抑或是会... 详细信息

实现对燃烧产物情况的监测,有助于正确分析燃烧过程,辅助热能动力机械或燃烧设备的设计和改进,对研究燃烧机理、提高机械效率等具有重要意义。现有的检测方法大多采用采样或接触式分析的方法,多需要对样品进行预处理,时效性差,抑或是会对燃烧场本身造成干扰;目前较为新兴的光学检测方法,能够实现较高精度和灵敏度的实时监测,但是一般采用一条测试光路,检测得到的参数值是光线路径上的均值,这不能够满足对燃烧场内部情况的检测需求。针对以上问题,本文拟展开基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）的燃烧生成物浓度场二维重构研究,旨在实现对产物水蒸气二维浓度场的重构,弥补现有方式的不足。本文开展的主要工作如下:首先,研究了TDLAS技术机理,探究了其应用于燃烧生成物浓度场还原的可行性。开展了二维还原算法原理的研究工作,主要包括代数迭代算法和Tikhonov正则化算法。其次,利用数学软件设计了基于TDLAS技术的燃烧产物浓度检测仿真程序。分析了系统调制参数和环境因素对吸光度及测试结果的影响,并提出了温度修正方法。验证了二维还原算法的可靠性和精确性,为二维场重构系统的软硬件开发奠定了基础。最后,研制了基于TDLAS技术的燃烧产物二维浓度场检测系统。以HO为目标气体,采用时分复用的方法,使中心波段分别为1391nm和1468nm的两个激光器交替进行扫描,以获取吸收信息。该系统能够实现对燃烧产物水的浓度场的测量。在实验室条件下对静态火焰的燃烧场进行了测试,获得了水蒸汽温度和浓度的二维重构图像。

关键词：可调谐二极管吸收光谱水蒸气浓度场二维重构多谱线

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