28206.激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)甲烷空氣混合當(dāng)量比和火焰溫度的測(cè)量研究

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)甲烷空氣混合當(dāng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)甲烷空氣混合當(dāng)量比和火焰溫度的測(cè)量研究量比和火焰溫度的測(cè)量研究ResearchontheMeasurementsofEquivalenceRatioFlameTemperatureofMethaneAirMixturebyLaserInducedBreakdownSpectroscopy學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力工程(內(nèi)燃機(jī))作者姓名：左鵬指導(dǎo)教師：堯命發(fā)教授企業(yè)導(dǎo)師：林

2、鐵堅(jiān)高級(jí)工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一四年十二月I中文中文摘要摘要當(dāng)量比和溫度作為影響燃燒反應(yīng)路徑的重要參量，對(duì)其實(shí)時(shí)測(cè)量和精確控制，在科學(xué)研究和工程應(yīng)用方面具有重大的研究價(jià)值。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)作為一種新型光譜分析方法，近年來被逐漸應(yīng)用于燃燒診斷領(lǐng)域。本文采用LIBS對(duì)甲烷空氣混合氣當(dāng)量比和火焰溫度進(jìn)行測(cè)量研究。首先，在甲烷空氣混合氣中建立了一套LIBS測(cè)試系統(tǒng)，利用H、O、N不同特征譜線強(qiáng)度比實(shí)現(xiàn)了對(duì)甲烷、空氣燃空當(dāng)

3、量比的定量測(cè)量。在“門控”模式下，比較分析了H656O777與H656N746這兩種定標(biāo)曲線對(duì)燃空當(dāng)量比的測(cè)量效果，發(fā)現(xiàn)H656O777可以實(shí)現(xiàn)更好的預(yù)測(cè)精度與更高的靈敏度；“非門控”模式可以利用更多的譜線強(qiáng)度比(H656O777、H656N500、H656N567和H656N746)進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量，其中H656O777的測(cè)試效果最好。比較分析了“門控”與“非門控”兩種檢測(cè)模式對(duì)標(biāo)定測(cè)量的影響:“門控”檢測(cè)模式在擬合優(yōu)度與預(yù)測(cè)精度方面都要

4、略優(yōu)于“非門控”模式。此外，在保持聚焦點(diǎn)能量密度相同的情況下，研究了1064nm，532nm，355nm三種不同激光波長對(duì)H、O、N特征譜線及H656O777標(biāo)定曲線斜率的影響:H、O、N特征譜線強(qiáng)度、信噪比以及H656O777標(biāo)定曲線的斜率均隨激光波長的增加而增加。在三種波長中，1064nm的激光最適合作為LIBS技術(shù)的光源，定量測(cè)量甲烷空氣混合氣當(dāng)量比。最后，本文分別從等離子體電子密度、溫度對(duì)譜線強(qiáng)度與分布函數(shù)的影響方面，對(duì)以上實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)果給出理論上分析與說明。在基于熱流量法設(shè)計(jì)的熱流量爐中進(jìn)行了激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)溫的實(shí)驗(yàn)研究。以熱流量爐作為溫度標(biāo)定源，通過質(zhì)量流量計(jì)控制甲烷與空氣的流速和混合當(dāng)量比(0.6~1.1)，產(chǎn)生溫度范圍在1650~2300K的一維絕熱火焰。以其中6個(gè)當(dāng)量比下的絕熱溫度測(cè)得的擊穿閾值為標(biāo)定集，得到火焰溫度范圍1650~2300K的測(cè)溫曲線。利用該曲線對(duì)其他5個(gè)當(dāng)量比的火焰溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，最大誤差小于25K。因此，LIBS技術(shù)對(duì)火焰溫度進(jìn)行測(cè)