激光诱导炽光法测量燃烧中碳烟的仿真与实验研究
发布时间：2021-08-31 06:37
在内燃机研究领域,节能减排是目前的主要发展方向。缸内直喷汽油机凭借其出色的性能得到了乘用车市场的认可,但是其微粒排放过高,对人体健康和环境有很大影响。微粒的主要成分是碳烟,对于碳烟形成原因及相关控制策略的研究,很大程度上依赖于对火焰内部碳烟的实时观测。近年来,以激光诱导炽光法为代表的激光诊断技术,作为一种非介入式的光学手段,可以在不干扰燃烧的情况下测量火焰中瞬态碳烟分布。本文采用基于双色法的激光诱导炽光法（2C-LII）作为测量手段对GDI汽油机缸内的碳烟浓度分布情况进行探究。相关研究表明,醇类等替代燃料的内部含氧特性对改善微粒排放有着积极作用,为此本文选取乙醇为研究对象,详细探究乙醇掺混比对GDI汽油机缸内碳烟浓度分布及微粒排放特性的影响。本文基于能量守恒和质量守恒定律建立了激光诱导炽光法测量碳烟颗粒参数的模型,对激光加热过程中碳烟颗粒的温度变化进行仿真计算,包括碳烟颗粒吸收激光能量引起的内能增加过程,以及高温颗粒与周围环境气体之间发生的热传导、升华、热辐射等热损失过程。然后将建立的模型与已发展的K-R模型、Liu模型和Michelsen模型进行对比分析。不同模型的差异主要集中在热损...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各地本地排放源中机动车源对细颗粒物浓度的贡献
第1章绪论3低碳烟排放，为了达到这个目标，对发动机缸内碳烟进行精确的时间、空间解析就显得尤为重要。光学诊断技术测试精度高，在测量过程中不干扰被测对象，为发动机缸内碳烟测试提供了强有力的支持。消光法、双色法和激光诱导炽光法是目前常用于发动机缸内碳烟诊断的几种光学技术[16]。1.2.1消光法消光法（LaserExtinctionMethod，LEM）的原理最早是由PierreBouguer提出的，AugustBeer对其进行了完善。消光法的基本原理如图1.2所示[17]。图1.2消光法测试原理碳烟是一种吸收能量比较强的介质，使用激光光束穿过碳烟粒子云团时，由于碳烟颗粒对光的吸收作用，会消耗一部分激光光束的能量，导致检测到的出射激光能量有所减少。穿过碳烟粒子云团前后的光强变化可以用Lambert-Beer公式描述：=0exp[2Im(212+2)∫∞0()2]……………………(1.1)式中，0表示入射激光强度，表示光程长度，表示粒子直径，表示碳烟粒子的数目，碳烟体积分数Cv为:=6Llm(212+2)ln(0)…………………………….(1.2)激光入射强度已知时，通过检测激光穿过碳烟粒子云团后的光强，可计算得出碳烟体积分数。1.2.2双色法
第1章绪论5图1.3双色法实验装置示意图1.2.3激光诱导炽光法消光法和双色法是对碳烟进行光程方向的测试，得到的是一个光程方向的平均结果，不具备位置分辨能力。在实际的燃烧过程中，碳烟的分布是不均匀的，利用激光诱导炽光法(laserinducedincandescence,LII)可以得到具有时间、空间分辨率的碳烟参数。Melton认为，受到高能脉冲激光照射后，火焰中的碳烟颗粒从火焰温度（约2200K）被迅速加热到碳烟颗粒气化温度（约4000K），高温的碳烟颗粒辐射出炽光信号，根据黑体辐射定律，在合适的检测波长范围内，可以忽略火焰辐射。激光能量达到一定值后，炽光信号与激光照射范围内的碳烟体积分数成正比[18]。典型的LII信号示意图如图1.4所示[19]。图1.4LII信号随时间变化的曲线发动机缸内碳烟测试的典型LII系统如图1.5所示[20]。脉冲激光器发出532nm的激光，柱面透镜组将点光源转变为激光片光，通过透明缸套射入气缸内。利用带有滤光片
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国移动源环境管理年报（2019）》发布[J]. 本刊编辑部. 中国能源. 2019(10)
[2]均质化学计量比燃烧下GDI发动机碳烟生成可视化解析[J]. 张周,张景宇,马骁,王志,徐宏明. 内燃机学报. 2019(04)
[3]机动车污染物排放量分析——《中国机动车环境管理年报（2017）》第Ⅱ部分[J]. 黄志辉,郝春晓,王军方,谢琼. 环境保护. 2017(13)
[4]2016年中国石油进出口状况分析[J]. 田春荣. 国际石油经济. 2017(03)
[5]机动车尾气对人体健康的危害[J]. 范武波,陈军辉,钱骏,叶宏. 中国环境管理. 2016(01)
[6]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. 物理化学学报. 2015(05)
[7]乙醇汽油混合燃料颗粒物排放的特性[J]. 白代彤,王锡斌,蔡建,张红阳. 内燃机学报. 2012(06)
[8]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. 内燃机学报. 2012(05)
[9]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. 燃烧科学与技术. 2009(04)
博士论文
[1]缸内直喷汽油机微粒排放及光学诊断试验研究[D]. 张淼淼.吉林大学 2019
[2]用激光诱导炽光法研究燃烧过程中的碳烟生成特性[D]. 郑亮.清华大学 2014
硕士论文
[1]乙醇掺混比对缸内直喷汽油机微粒排放特性影响研究[D]. 王亚.吉林大学 2017
[2]激光诱导炽光法的仿真与实验研究[D]. 江宇超.吉林大学 2016
[3]基于激光诱导炽光法对直喷汽油机缸内燃烧碳烟的测量[D]. 李宏涛.吉林大学 2016
[4]基于激光诱导炽光法的碳烟测量方法研究[D]. 岳宗宇.天津大学 2012
本文编号：3374400
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各地本地排放源中机动车源对细颗粒物浓度的贡献
第1章绪论3低碳烟排放，为了达到这个目标，对发动机缸内碳烟进行精确的时间、空间解析就显得尤为重要。光学诊断技术测试精度高，在测量过程中不干扰被测对象，为发动机缸内碳烟测试提供了强有力的支持。消光法、双色法和激光诱导炽光法是目前常用于发动机缸内碳烟诊断的几种光学技术[16]。1.2.1消光法消光法（LaserExtinctionMethod，LEM）的原理最早是由PierreBouguer提出的，AugustBeer对其进行了完善。消光法的基本原理如图1.2所示[17]。图1.2消光法测试原理碳烟是一种吸收能量比较强的介质，使用激光光束穿过碳烟粒子云团时，由于碳烟颗粒对光的吸收作用，会消耗一部分激光光束的能量，导致检测到的出射激光能量有所减少。穿过碳烟粒子云团前后的光强变化可以用Lambert-Beer公式描述：=0exp[2Im(212+2)∫∞0()2]……………………(1.1)式中，0表示入射激光强度，表示光程长度，表示粒子直径，表示碳烟粒子的数目，碳烟体积分数Cv为:=6Llm(212+2)ln(0)…………………………….(1.2)激光入射强度已知时，通过检测激光穿过碳烟粒子云团后的光强，可计算得出碳烟体积分数。1.2.2双色法
第1章绪论5图1.3双色法实验装置示意图1.2.3激光诱导炽光法消光法和双色法是对碳烟进行光程方向的测试，得到的是一个光程方向的平均结果，不具备位置分辨能力。在实际的燃烧过程中，碳烟的分布是不均匀的，利用激光诱导炽光法(laserinducedincandescence,LII)可以得到具有时间、空间分辨率的碳烟参数。Melton认为，受到高能脉冲激光照射后，火焰中的碳烟颗粒从火焰温度（约2200K）被迅速加热到碳烟颗粒气化温度（约4000K），高温的碳烟颗粒辐射出炽光信号，根据黑体辐射定律，在合适的检测波长范围内，可以忽略火焰辐射。激光能量达到一定值后，炽光信号与激光照射范围内的碳烟体积分数成正比[18]。典型的LII信号示意图如图1.4所示[19]。图1.4LII信号随时间变化的曲线发动机缸内碳烟测试的典型LII系统如图1.5所示[20]。脉冲激光器发出532nm的激光，柱面透镜组将点光源转变为激光片光，通过透明缸套射入气缸内。利用带有滤光片
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国移动源环境管理年报（2019）》发布[J]. 本刊编辑部. 中国能源. 2019(10)
[2]均质化学计量比燃烧下GDI发动机碳烟生成可视化解析[J]. 张周,张景宇,马骁,王志,徐宏明. 内燃机学报. 2019(04)
[3]机动车污染物排放量分析——《中国机动车环境管理年报（2017）》第Ⅱ部分[J]. 黄志辉,郝春晓,王军方,谢琼. 环境保护. 2017(13)
[4]2016年中国石油进出口状况分析[J]. 田春荣. 国际石油经济. 2017(03)
[5]机动车尾气对人体健康的危害[J]. 范武波,陈军辉,钱骏,叶宏. 中国环境管理. 2016(01)
[6]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. 物理化学学报. 2015(05)
[7]乙醇汽油混合燃料颗粒物排放的特性[J]. 白代彤,王锡斌,蔡建,张红阳. 内燃机学报. 2012(06)
[8]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. 内燃机学报. 2012(05)
[9]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. 燃烧科学与技术. 2009(04)
博士论文
[1]缸内直喷汽油机微粒排放及光学诊断试验研究[D]. 张淼淼.吉林大学 2019
[2]用激光诱导炽光法研究燃烧过程中的碳烟生成特性[D]. 郑亮.清华大学 2014
硕士论文
[1]乙醇掺混比对缸内直喷汽油机微粒排放特性影响研究[D]. 王亚.吉林大学 2017
[2]激光诱导炽光法的仿真与实验研究[D]. 江宇超.吉林大学 2016
[3]基于激光诱导炽光法对直喷汽油机缸内燃烧碳烟的测量[D]. 李宏涛.吉林大学 2016
[4]基于激光诱导炽光法的碳烟测量方法研究[D]. 岳宗宇.天津大学 2012
本文编号：3374400
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