《基於MIR-TDLAS的烴類燃料燃燒溫度及組分濃度時間演變研究》是依託江蘇師範大學，由蔡廷棟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於MIR-TDLAS的烴類燃料燃燒溫度及組分濃度時間演變研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡廷棟
- 依託單位：江蘇師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
烴類燃料是目前世界上可利用的重要能源之一，其燃燒過程，特別是在高壓下的燃燒，具有瞬變、組分複雜等特點，過程中一些重要中間產物及參數的時間演變信息對於認識燃燒現象的本質，進而發現燃燒中的新現象、提出燃燒新概念必不可少，同時也是設計新型燃燒室的前提。 本項目擬採用3 μm波段的可調諧二極體雷射器作為光源，在對以n-Heptane為代表的烴類燃料部分重要燃燒組分的光譜信息進行分析的基礎上，使用波長對代替傳統方法中的獨立譜線，利用所選兩波長處吸收信號之間的差分吸收開發一種可有效去除背景熱輻射及其他分子干擾的時間分辨測量方法。並通過在1-20 atm、1000-2000 K範圍內對燃燒溫度和部分燃燒組分濃度的時間演變實現μs量級上的測量，得到不同燃燒條件下流場溫度以及部分組分濃度的時間演變規律，為烴類燃料高壓燃燒模型的建立及其可靠性驗證提供實驗數據的支持及為高壓燃燒機理研究提供研究手段。
結題摘要
烴類燃料的燃燒仍然是目前世界上最主要的能量來源，其在產生能量的同時也向大氣中排放了大量的污染物，因此在實現對瞬變、組分複雜的高壓燃燒過程中一些重要中間產物及參數時間演變信息準確測量的基礎上，認識新型燃燒過程，發展新型燃燒技術，有助於解決能源危機、環境污染等問題。 作為具有實時、動態、高靈敏度、高解析度、非接觸式、多組分同時測量等優點的可調諧半導體雷射吸收光譜技術（TDLAS），近年來被廣泛套用到了大氣環境監測、工業過程控制、醫療診斷及化學反應過程等領域。隨著雷射技術及信號探測分析技術的不斷進步，分子位於中紅外和近紅外波段的吸收譜線被作為感測目標大量運用到了燃燒流場的參數診斷中，如何有效去除背景熱輻射及其他非目標氣體分子的干擾，實現對燃燒溫度及組分濃度等參數的無干擾時間分辨測量尤為值得研究。本項目以此為目標，開展的主要研究包括以下四個方面： ① 對本研究中所使用的3.38 μm附近的C2H4譜線在常溫及高溫下的部分參數（線強、自加寬、空氣加寬、溫度依賴係數等）進行了測量；另外還對C2H4在1.62 μm波段附近常溫及高溫下的譜線參數進行了測量，對資料庫起到了補充作用，並以此判定了1.62 μm波段C2H4譜線對本項目的可用性； ② 針對燃燒過程中碳氫化合物譜線交疊嚴重的現象，利用“波長對”代替了傳統的獨立譜線探測方式，以C2H4為例，分別通過其位於3.38 μm和1.62 μm附近的“波長對”間的差分吸收信號，實現了對高溫高壓環境下C2H4濃度的時間分辨測量，利用一對“波長對”間的差分吸收信號之比實現了對溫度的快速反演； ③ 以n-Heptane為例對大分子的吸收光譜進行了研究，並分析了n-Heptane的寬頻吸收信號對本研究中所用3.38 μm、1.62 μm及1.479 μm處目標譜線探測的影響； ④ 利用1.479 μm處一條OH的吸收譜線和兩條H2O的吸收譜線作為感測目標，使用單台DFB半導體雷射器作為激發光源，通過波長調製吸收光譜技術實現了對高溫環境中的OH濃度和溫度的同時測量。 上述研究為高壓燃燒診斷提供了技術手段，有助於推動新型先進燃燒技術的發展。
