基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的燃烧场气体分布重建的研究
发布时间:2017-08-29 04:33
本文关键词:基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的燃烧场气体分布重建的研究
更多相关文章: 可调谐半导体激光吸收光谱技术 温度浓度分布 平面火焰炉 燃烧诊断
【摘要】:燃烧环境中气体分布的实时精确测量是控制燃料燃烧,优化燃烧过程,降低污染物排放,提高能源利用率的有效途径。因此研究一种适用于燃烧环境气体分布反演的可行方法是非常重要的。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有低探测极限、非侵入、无污染、响应时间快和多气体成分联合测量等优点,已被广泛应用。单条光路传统的TDLAS测量系统也被用于工业燃烧中气体温度和浓度的测量,但只能得到测量路径上温度和浓度的平均值,要实现燃烧过程中气体断面分布的在线光谱测量,需要将TDLAS技术与计算机断层重建技术(CT)结合起来,形成可调谐半导体激光吸收光谱层析成像技术(TDLAT)o本文通过TDLAT对实现燃烧场气体分布重建的理论进行研究,以燃烧过程中丰富的副产物H2O作为目标分子,利用“谱线群对”的思想获取所选谱线的光谱信息,并将所选的谱线,通过正交方向和多角度平行光束两种光路布置方式用TDLAT技术实现燃烧场气体温度和浓度分布的二维仿真重建,对重建结果和误差进行分析确定了其方法的正确性。为了进一步研究其正确性,对不同峰值位置、不同峰值大小的分布模型进行了模拟重建,并对重建结果进行了分析。最后研究了不同相对灵敏度的谱线群对对温度分布重建误差大小的影响。上述的模拟研究将为TDLAT技术实现燃烧场气体分布重建提供一定的理论基础。实验中,通过搭建单光路气体温度测量实验平台,对7164.6cm-1-7166.4cm-1波长范围内的水蒸气测温谱线群在待测温度范围进行R(T)曲线标定。并将标定过的谱线对用于平面火焰炉的燃烧温度场、水蒸气浓度场重建,通过获得炉面上方一定高度平.面内两个正交方向上10条光路的光谱吸收信号,借助CT算法进行断面燃烧温度场、水蒸气浓度场的分布重建。由于探测器大小的限制,在探测器紧密排列的情况下,上述5*5的光路布置方式下总的重建区域为250mm×250mm,重建区域覆盖了直径为60mm的平面火焰炉燃烧区域。为了检验重建的可行性和合理性,本文也对平面火焰炉处于待重建区域不同位置的分布情况进行了重建。同时又改变光路数和改变火焰炉中的气体流量比,分别对气体分布进行了重建。最后在上述研究的基础上,利用实时采集的多组实验数据对燃烧火焰炉的稳定性进行了一定的分析。从实验的结果来看,其重建出来的位置和温度浓度范围与实际实验环境具有一定的一致性,确定了基于可调谐半导体激光吸收光谱与计算层析断层扫描相互结合实现燃烧场燃烧副产物水汽温度和浓度二维分布重建的可行性。
【关键词】:可调谐半导体激光吸收光谱技术 温度浓度分布 平面火焰炉 燃烧诊断
【学位授予单位】:浙江师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN249;TK16
【目录】:
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 1. 绪论10-16
- 1.1 研究背景、目的及意义10-12
- 1.1.1 研究背景10-11
- 1.1.2 研究目的及意义11-12
- 1.2 国内外研究现状12-14
- 1.3 本文主要研究内容及文章结构14-16
- 2. 基于TDLAS的气体分布重建理论16-28
- 2.1 TDLAS测量温度和浓度的基本原理16-22
- 2.1.1 Beer法则16
- 2.1.2 线强16-18
- 2.1.3 线型函数18-20
- 2.1.4 气体浓度测量原理20
- 2.1.5 气体温度测量原理20-21
- 2.1.6 直接吸收光谱技术21-22
- 2.2 计算断层重建技术(CT)概述22-27
- 2.2.1 代数迭代算法(ART)算法的介绍23-25
- 2.2.2 最小二乘QR分解(LSQR)介绍25-27
- 2.3 本章小结27-28
- 3. 燃烧场气体分布的模拟重建28-52
- 3.1 气体温度和浓度分布仿真模型的建立29-31
- 3.2 模拟重建前光谱参数的获得31-33
- 3.3 模拟重建过程33-37
- 3.3.1 重建算法迭代初始值的介绍33-34
- 3.3.2 温度和浓度分布同时重建34-37
- 3.4 不同气体分布模型重建37-44
- 3.5 多角度平行束投影模拟重建44-47
- 3.6 谱线对的灵敏度对温度分布重建的影响47-50
- 3.7 本章小结50-52
- 4. 测量系统设计及实验设备52-61
- 4.1 气体单路的温度测量系统52-55
- 4.1.1 单路温度测量系统52-53
- 4.1.2 主要实验设备介绍53
- 4.1.3 实验步骤53-55
- 4.2 气体分布重建实验装置55-59
- 4.2.1 实验系统的设计55-56
- 4.2.2 主要的实验设备56-58
- 4.2.3 实验的过程58-59
- 4.3 本章小结59-61
- 5. 实验结果分析61-80
- 5.1 单路温度的测量61-64
- 5.1.1 R(T)曲线测量实验结果61-64
- 5.1.2 实验的误差分析64
- 5.2 燃烧场气体分布重建64-74
- 5.2.1 不同位置的平面火焰炉重建结果64-68
- 5.2.2 通入不同空气量时燃烧场气体分布的重建68-71
- 5.2.3 八条光路的燃烧场气体分布的重建71-74
- 5.3 燃烧场实时采集结果及误差分析74-79
- 5.3.1 燃烧场实时采集数据结果74-77
- 5.3.2 燃烧场气体分布重建误差分析77-79
- 5.4 本章小结79-80
- 6. 全文总结与展望80-83
- 6.1 全文总结80-81
- 6.2 本文成果81
- 6.3 研究展望81-83
- 参考文献83-88
- 攻读学位期间取得的研究成果88-89
- 参与科学研究项目89-90
- 致谢90-94
- 浙江师范大学学位论文诚信承诺书94
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李宁;翁春生;;基于多波长激光吸收光谱技术的气体浓度与温度二维分布遗传模拟退火重建研究[J];物理学报;2010年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭威;CT不完全投影数据重建算法研究[D];吉林大学;2011年
,本文编号:751345
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/751345.html