基于紫外可调谐激光吸收光谱技术的甲烷/空气平面预混火焰温度测量研究

【摘要】：火焰温度是燃烧领域最重要的宏观物理量之一,使用紫外可调谐激光吸收光谱技术,以火焰中的OH自由基作为测量对象对甲烷/空气平面预混火焰进行了温度测量。首先使用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对甲烷/空气平面预混火焰不同燃烧工况条件下火焰中的OH基分布进行了测量,选取火焰中OH基分布均匀工况进行了紫外吸收光谱温度测量。通过LIFbase仿真计算,综合考虑温度测量灵敏度、测量信噪比等因素,选择OH基A-X(0,0)吸收带中的P_1(2)和Q_1(8)两支谱线作为被测跃迁。测量时使用Nd∶YAG激光器泵浦染料激光器,经倍频后输出308~311nm紫外可调谐激光。通过染料激光器以0.4pm为步长进行激光波长调谐,分别扫描获得两条吸收谱线的吸收峰线型。对实验数据进行voigt拟合后,通过计算两条谱线的积分吸收值之比,获得了平面预混火焰中的温度信息。分别测量了燃烧器表面不同水平位置与燃烧器中心不同高度处的火焰温度。测量结果与文献报道的采用同样结构燃烧器,通过其他光谱技术获得的测量结果进行了横向对比。在OH基浓度较高的火焰锋面区域测温结果吻合度较高,验证了该技术测量结果的可信度。由于其测量对象与双线OH-PLIF测温的一致性,该技术未来可作为局部温度测量方法,进一步应用于对双线PLIF等二维火焰温度空间分布测量结果的标定当中。 【作者单位】： 哈尔滨工业大学光电子技术研究所;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室;哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站;
【关键词】： 吸收光谱 燃烧诊断 温度 紫外激光
【基金】：国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ040164) 国家自然科学基金项目(61275127,91441130)资助
【分类号】：O657.3
【正文快照】： 引言火焰温度在燃烧过程中起着至关重要的作用,在各种实际燃烧系统中火焰温度直接决定着燃烧器的性能指标,如推力、功率、燃料利用率等[1-2]。因此准确的温度测量无论对于验证基础研究理论还是优化设计实际燃烧装置均具有非常重要的意义。传统的火焰温度测量以热电偶测温最为

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