高温高压下二元气体扩散干涉条纹仿真

发布时间：2017-09-23 18:25

  本文关键词：高温高压下二元气体扩散干涉条纹仿真

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【摘要】：能源是人类发展的动力,而燃烧是获取能源动力的重要技术途径。在燃烧反应中,燃料热解产物与氧化剂间的质量传递与扩散,反应产物的输运与扩散对燃烧过程均产生重要的影响。高温高压下二元实际气体扩散系数是一种无论在科研还是工业生产中非常重要的参数,在科学研究二元气体扩散系数可以建立精确的煤粉燃烧气化模型用于数值模拟,指导实验;在工业生产方面可以用于改进燃煤技术(如煤气化,锅炉燃烧设计等)。而且现有文献中的二元气体扩散系数计算模型都建立在理想气体状态方程的条件下,这对高温高压下二元气体扩散系数估算会造成相当大误差。首先综述了激光全息干涉技术在科研中的广泛应用以及大剪切量激光干涉法在本实验中优势。其次介绍高压下二元气体扩散系数的各种主要方法,对比分析了它们的优缺点,给本文一些参考价值;在确定采用剪切激光干涉法后,为适应高温高压的气体氛围,改进了双容积球形阀式扩散槽及其他元件的设计改进后;最后,构建了高温高压下二元实际气体扩散系数激光横向大剪切双容积法数学模型,在MATLAB中编制程序,模拟二元组合气体(O2-CO2、O2-CO2、CO2-CO、O2-CH4、CO-H2)的扩散现象,输出干涉条纹;计算得到横向偏移量s对干涉条纹级数整体增加a值,对干涉条纹还原计算得到组分高压(0.1MPa至5MPa之间)高温(1273K)氛围下随时间和位置变化的浓度C(x,y)云图,二元气体扩散系数计算模型扩展到高温高压(1273K,小于5MPa)的气体状态,为建立更精确的煤粉燃烧气化模型做一点理论基础准备。研究结果发现,横向大剪切激光干涉测量二元实际气体扩散系数精度高,浓度测量误差低于1.07%,精度光学元件较少,平台的组装最方便简单,元件定位和系统调试要求最低,能很好满足实验要求;二元气体的干涉条纹密度在气体扩散的开始阶段干涉条纹密度很大,随着二元实际气体的扩散,干涉条纹密度会先变小,接着变大,最后涉条纹会变大越来越稀疏,直到二元实际气体扩散结束,干涉条纹会接近背景条纹。本文是在假定二元气体的扩散系数与密度的乘ρD是一个只与温度相关的物理量作为基础进行研究的,这种假设在低压高温的时候是成立的;但在高压高温(1273K)下,二元气体的ρD并不是一个只与温度相关的常量,这也是需要进一步研究的。
【关键词】：扩散系数 高温高压横向大剪切干涉 MATLAB仿真
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究概况10-11
• 1.3 研究的主要内容11-14
• 2 扩散系数激光干涉测量14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 全息技术的原理14-16
• 2.3 全息干涉术的发展及特点16-18
• 2.4 大剪切干涉成像原理18-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 光学测试平台22-31
• 3.1 扩散槽结构22-23
• 3.2 实验光路23-24
• 3.3 光学测试平台24-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4. 二元实际气体扩散系数计算数学模型31-39
• 4.1 扩散系数理论推导31-33
• 4.2 高压下气体扩散系数计算方法33-37
• 4.3 本章小结37-39
• 5 模拟仿真结果39-55
• 5.1 引言39-40
• 5.2 干涉条纹40-50
• 5.3 干涉条纹处理50-53
• 5.4 扩散系数结果比较53
• 5.5 本章小结53-55
• 6 全文结论及展望55-57
• 6.1 本文总结55-56
• 6.2 进一步工作与展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 附录 162-63
• 附录2在校期间科研成果63

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本文编号：906817