基于TDLAS技術(shù)對高溫環(huán)境中CO氣體參數(shù)的測量方法研究.pdf

1、航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的“心臟”，對安全飛行起著至關(guān)重要的作用，是國家科學(xué)技術(shù)水平、工業(yè)發(fā)展水平和國防綜合實(shí)力的體現(xiàn)。航空發(fā)動機(jī)燃燒室的燃燒產(chǎn)物主要有CO、CO2、NO、NO2、H2O和殘余空氣以及固態(tài)細(xì)微顆粒。其中CO氣體是反映燃燒特性的重要指示性氣體。對燃燒室出口CO濃度分布的準(zhǔn)確測量，是優(yōu)化燃燒過程，提高燃燒效率的有效途徑。同時，CO氣體也是空氣質(zhì)量指數(shù)的主要評價因子之一。實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中CO濃度的實(shí)時監(jiān)測，有利于建立相應(yīng)的監(jiān)管方

2、法和排放標(biāo)準(zhǔn)?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)技術(shù)具有靈敏度高、精度高、響應(yīng)速度快、非侵入性等優(yōu)點(diǎn)，適用于痕量氣體檢測和燃燒過程診斷等領(lǐng)域。單光路TDLAS系統(tǒng)只能測量路徑上氣體參數(shù)的平均值，將TDLAS技術(shù)與計(jì)算機(jī)斷層診斷(Computed Tomography，CT)技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)燃燒場氣體參數(shù)分布的測量。本文基于TDLAS技術(shù)，展開

3、了對高溫環(huán)境中CO氣體參數(shù)的測量方法研究。主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　1、篩選出適用于測量燃燒火焰中CO濃度的吸收譜線，搭建了三段式高溫管式爐測量系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了免標(biāo)定波長調(diào)制法測量CO濃度的準(zhǔn)確性。根據(jù)選線原則，在CO氣體的第一泛頻帶選擇了孤立的吸收譜線4297.7046cm-1(R(10))，通過仿真定量分析了溫度、壓強(qiáng)對CO濃度測量的影響。分析了O2、H2O、CO2氣體對CO譜線碰撞展寬和諧波峰值高度的影響。在773K～1

4、473K的溫度范圍，測量了不同濃度的CO標(biāo)準(zhǔn)氣體，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)定值吻合良好，相對誤差小于2.0％。
　　2、為了消除氣體壓強(qiáng)不確定性對組分濃度測量的影響，提出了一種氣體壓強(qiáng)和組分濃度同時測量的方法。通過理論分析和數(shù)值仿真，發(fā)現(xiàn)了CO吸收譜線的二次諧波中間峰值與旁瓣峰值的比值隨壓強(qiáng)線性變化的關(guān)系。結(jié)合免標(biāo)定波長調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)了氣體壓強(qiáng)和組分濃度的同時測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氣體壓強(qiáng)和CO濃度的測量值與設(shè)定值基本符合，相對誤差分別小于2.

5、4％和1.9％。
　　3、提出了適用于弱吸收情況下非均勻流場濃度分布重建的方法，實(shí)現(xiàn)了對航空發(fā)動機(jī)燃燒室出口CO濃度分布的測量?；谌跷涨闆r下譜線中心處一次諧波歸一化二次諧波信號的幅值(Sv02f/1f)具有可疊加性的特點(diǎn)，利用譜線R(10)的吸收信號結(jié)合代數(shù)迭代重建算法(Algebraic Reconstruction Technique，ART)對CO濃度分布進(jìn)行重建。在正交和多角度兩種光線布置方式下，展開了對CO濃度分布重