基于高光谱成像技术的扩散火焰温度和颗粒物特性研究

发布时间：2020-06-06 08:34

【摘要】：可吸入颗粒物是目前我国城市大气污染的首要污染物,长时间的空气颗粒污染物超标使得解决这一问题迫在眉睫。燃烧产生的烟黑颗粒是这类污染的主要来源之一,对烟黑颗粒的研究、控制和治理必须借助于精确可靠的烟黑测量技术。发射光谱技术对测量对象无干扰、成本低、不需要高质量的辐射源,是一种适合现场测量的测量技术。高光谱成像技术在每个像素记录多个波段的辐射强度,生成兼顾光谱分辨率和空间分辨率的辐射图像,结合发射光谱空间重建技术即可实现火焰内部参数分布的测量。论文的主要研究内容如下。提出一种基于牛顿迭代法求解温度和辐射特性参数与波长间多项式关系各阶系数的多波长温度计算法,采用高光谱成像设备测量计算194 mL/min C_2H_4、284L/min空气工况火焰的辐射温度和发射率分布。乙烯层流扩散火焰的发射率随波长增大而降低,测量波段内最大发射率略大于0.22,出现在400 nm波段。采用高光谱成像设备拍摄四种空气工况乙烯层流扩散火焰辐射图像,考虑自吸收作用,迭代计算火焰内部温度、吸收系数和烟黑颗粒体积分数分布。空气工况,火焰最高温度出现在火焰根部靠近火焰边缘处,而在火焰顶端靠近火焰中心位置处,存在另一个烟黑颗粒体积分数的局部峰值;空气流量固定,燃料量降低不会对最高温度造成明显影响,但会使得最高烟黑颗粒体积分数明显降低。开展空气/氧气和氧气/二氧化碳两种富氧气氛下乙烯层流扩散火焰的检测研究。对于这两种气氛下的乙烯层流扩散火焰,燃料量和氧化剂总流量不变,氧化剂中氧含量越高,火焰越短,火焰最高温度越高;空气/氧气气氛,燃料量和氧化剂总流量不变,氧化剂中氧含量降低,最高烟黑颗粒体积分数升高,说明氧化剂中氧含量的降低会促进烟黑颗粒的形成;氧气/二氧化碳气氛,燃料量和氧化剂总流量不变,氧化剂中氧含量降低,最高烟黑颗粒体积分数降低。测量194 mL/min C_2H_4、284 L/min空气工况乙烯火焰632.8 nm波段的散射系数,结合计算得到的多波段吸收系数,计算多个高度的烟黑颗粒粒径和颗粒数密度。实验结果表明,主要的烟黑颗粒粒径在20 60 nm的范围内;60 mm高度火焰最强的散射作用位于火焰中心,验证了空气气氛测量结果中第二个烟黑颗粒体积分数局部峰值的存在。
【图文】：

火焰温度,测量技术

火焰温度、颗粒浓度测量技术

示意图,煤粉燃烧,示意图,颗粒物

图 1.2 煤粉燃烧形成一次颗粒物示意图[108] 颗粒物的生成机理和模型验证研究必须借助于更加精确可靠的浓度、粒径测量技术。因此，发展精确可靠的非接触在线火焰于研究颗粒物生成特性、发展低污染物排放的燃烧技术，，具有
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3;X831

【参考文献】