基于激光诱导击穿光谱的碳氢火焰局部元素比实验检测

发布时间：2020-06-04 17:13

【摘要】：燃烧是人类利用能源的最主要的手段,但在燃烧过程中会大量氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物以及可吸入颗粒等污染物,造成环境污染。燃烧检测技术可以对燃烧火焰特性如温度分布、组分浓度等进行检测,在燃烧诊断和污染物控制方面具有重要意义。激光检测击穿光谱技术作为典型的激光烧蚀光谱分析技术,可以通过等离子体辐射出的光谱信息进行样品的定性及定量检测,具有非接触、实时在线测量等优点,已被广泛地应用于具有超高温和复杂流场的燃烧火焰检测研究。本文基于激光击穿光谱技术对乙烯/空气部分预混燃烧火焰进行检测,通过火焰等离子体光谱信息对燃烧火焰元素比进行了分析。首先,搭建了一套激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)系统,对激光诱导击穿火焰的光谱信息进行了预处理,消除了背景噪声;对LIBS系统的光谱仪信号延迟接收时间进行了优化;基于乙烯/空气预混燃烧火焰中特征元素C(247.8 nm)、H(656.3 nm)、O(777.2 nm)光谱信息对激光能量进行了探究,结果表明火焰中特征元素的光谱强度随着激光能量的增加而增加,但激光能量对光谱强度比C/O和H/O没有影响。随后,通过LIBS系统对不同混合分数CO_2/O_2混合气进行定量分析实验,发现光谱强度比与原子数密度比之间呈线性相关;在此基础上,对乙烯燃烧火焰光谱元素比与当量比之间的关系进行了理论及实验分析,结果表明,光谱元素强度比C/O、H/O与当量比之间呈线性相关;沿着火焰轴向高度检测C、H光谱强度,结果表明,C、H光谱强度随着火焰高度而减小,C/H光谱强度比随着火焰高度增加先增加后减小。
【图文】：

参数,燃烧实验,部分预混,能量修正

图 2-3 能量探测器表 2-2 QE25LP-S-MB-INT-D0 型激光能量计参数激光能量计参数探测头尺寸 25mm x 25mm探测频率 10HZ不确定性参数 ±3.0%能量修正系数 532 nm：1.049脉冲宽度 0.007μs标准工作环境 22℃ 相对湿度 41%供电类型 USB 供电燃烧实验台：本文实验中所用的燃烧实验台主要由部分预混燃烧器、流量控制

示意图,预混燃烧器,示意图,凸透镜

15图 2-4 预混燃烧器示意图如图 2-5 所示，主要包括激光聚集光路和束镜、反射镜、石英凸透镜和光纤组成束后实现光束整形并抑制光束发散角来实束方向，然后通过石英凸透镜聚焦到火焰，利用光纤进行燃烧火焰中聚集点的等离，，通常有两种收光方式[41,42]：一种是沿镜以收集等离子体信号，称为同向收光；
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK16;X701

【参考文献】