论文部分内容阅读
温度是衡量燃烧效率的重要参数之一，温度的测量对工业燃烧过程的节能减排控制和发动机燃烧状态诊断等都具有重要意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)是一种非侵入式激光测量技术，具有较强的环境适应性，可以实现实时、在线、快速的温度、组分浓度和流速等多参数精确测量，而且不会对流场产生干扰，适合于燃烧流场的监测。本文的温度测量研究即基于TDLAS技术，主要针对燃烧场场温度测量进行了高温光谱数据处理方法和场分布重建方法研究。 本文选择了碳氢燃料的主要燃烧产物之一——H2O作为目标气体，首先利用HITRAN数据库选取了H2O在1.4μm附近的测温吸收线对，根据管式高温炉加热特点设计了高温气体吸收池，进行了选线验证和温度测量方法研究。设计了光纤干涉计，研究了自动寻峰算法，实现了时域信号向频域光谱信号实时在线转换。通过设计不同扫描信号波形，研究了背景干扰信号与激光光谱信号特征及差别，解决了光强波动影响，实现积分吸光度的准确获取，研究了H2O在该波段处的吸收光谱特征随温度的变化情况，从而建立了基于积分吸光度比值的温度反演算法模型，并利用VC++实现了实时在线处理。分别在管式高温炉(1200K)和平焰炉上(2200K)对H2O高温吸收线对的光谱特征进行了研究，并与HITRAN和HITEMP数据库做了详细比较，研究了测量结果与两数据库的差异:即，吸收线的频率间隔与HITRAN一致而与HITEMP不同;高温下表现出来的“热带”吸收线和HITEMP相符合，在HITRAN中则没有给出。根据这一比较结果，进行了光谱校正处理，使得系统温度测量精度从20％左右提高到5％以内，达到了发动机测量的精度要求。针对发动机出口高温、振动、高速气流等恶劣应用环境，通过振动台测试选择了光学发射接收结构。集成的测温系统样机记录了完整的发动机工作状态，而且能够稳定重复测量到发动机加热器相同的工作状态，验证了系统测量的稳定性，测温时间分辨为5ms，满足快速燃烧过程监测的需要。在此基础上，针对燃烧场温度分布重建中测量光路方向和数目受限的情况，进行了少投影方向和射线数下断面分布重建方法研究，主要选择代数迭代重建和最大熵重建方法模拟研究了正交投影方向下的重建，并在平焰炉上进行了7×7网格分辨的炉面温度和H2O分布重建的实验验证，进行了分布非均匀性分析，为瞬态燃烧流场监测与优化技术的发展奠定了基础。