【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,生物質(zhì)合成氣、天燃?xì)獾茸鳛榭沙掷m(xù)的綠色清潔能源在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越廣泛,由于氣體組分多樣,燃燒機(jī)理復(fù)雜,有待進(jìn)一步研究。本文通過(guò)PLIF光學(xué)診斷方法對(duì)燃燒中的OH基濃度進(jìn)行定量測(cè)量,然后對(duì)CH_4、H_2預(yù)混燃燒的燃燒動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了定量分析。本文首先由詳細(xì)的理論推導(dǎo)得出PLIF熒光信號(hào)公式,發(fā)現(xiàn)其主要影響因素為:激光方面、受激介質(zhì)能級(jí)方面、收集系統(tǒng)方面和受激介質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。通過(guò)保證整個(gè)PLIF實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不變,選取激發(fā)波長(zhǎng)為283.55nm的激光,實(shí)現(xiàn)PLIF熒光信號(hào)與OH基摩爾分?jǐn)?shù)的正比關(guān)系。其中選取的H_2/Air燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理包含13種組分,19個(gè)基元反應(yīng)方程,并通過(guò)數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,分析兩者的火焰結(jié)構(gòu)特征和分布趨勢(shì),并獲得數(shù)值計(jì)算結(jié)果中整個(gè)火焰的OH基摩爾濃度分布,結(jié)合PLIF實(shí)驗(yàn)的熒光強(qiáng)度分布,計(jì)算得出比例因子為160000。然后采用相同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置對(duì)CH_4/Air和CH_4/H_2/Air層流預(yù)混燃燒進(jìn)行研究,同時(shí)還研究了N_2稀釋對(duì)燃燒的影響,結(jié)合所得比例因子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定量分析,得出以下結(jié)論:(1)在當(dāng)量比保持恒定值時(shí),隨著雷諾數(shù)的增加,火焰?zhèn)鞑ニ俾什蛔?軸線上OH基濃度逐漸降低,整體火焰中OH基濃度分布隨雷諾數(shù)的增加逐漸往兩翼分布;(2)當(dāng)量比大于1時(shí),隨著當(dāng)量比的增加,火焰?zhèn)鞑ニ俾蕼p小,OH基濃度整體降低。從CH_4/Air層流預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),隨著當(dāng)量比在1~1.6之間逐漸增加時(shí)OH基摩爾分?jǐn)?shù)逐漸減小,其中最大、最小值分別為:0.01075、0.00146;(3)從CH_4/H_2/Air層流預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)量比為0.8~1.2時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俾食尸F(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)量比為1時(shí)為最大值,火焰?zhèn)鞑ニ俾蕿?.5598m/s。當(dāng)Ф≥1,軸線上OH基摩爾濃度值出現(xiàn)了兩個(gè)峰值,而Ф1時(shí)僅有一個(gè)峰值,同時(shí)CH_4/Air層流預(yù)混燃燒沒(méi)有出現(xiàn)該現(xiàn)象;(4)在選取工況H7(Ф=1.2,Re=500)進(jìn)行N_2稀釋實(shí)驗(yàn)中。隨著稀釋比增加,內(nèi)焰高度變大,軸線上OH基摩爾分?jǐn)?shù)減小,火焰?zhèn)鞑ニ俾蕼p小;(5)對(duì)層流預(yù)混燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俾蔬M(jìn)行研究表明,通過(guò)求取實(shí)際火焰鋒面所得結(jié)果明顯小于傳統(tǒng)計(jì)算方法的結(jié)果,這是由于實(shí)際火焰鋒面呈不規(guī)則狀,傳統(tǒng)的計(jì)算方法均采用近似擬合,忽略了局部的不規(guī)則性,從而所得火焰鋒面的面積偏小,所得火焰?zhèn)鞑ニ俾势蟆?br> 【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK16
【圖文】：

1 緒 論素，通過(guò)理論推導(dǎo)得出熒光強(qiáng)度與濃度的線性關(guān)系。結(jié)合理論分析得出定量測(cè)量燃燒火焰中 OH 基摩爾濃度的方案。第三章通過(guò)標(biāo)定數(shù)值計(jì)算的火焰，得到數(shù)值計(jì)算的標(biāo)定火焰 OH 基濃度場(chǎng)。第四章選取相同工況進(jìn)行 PLIF 實(shí)驗(yàn)得出標(biāo)定實(shí)驗(yàn)火焰，然后通過(guò)所得數(shù)值模擬的 OH 基摩爾濃度分布場(chǎng)與 PLIF 實(shí)驗(yàn)所得的熒光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性并通過(guò)具體數(shù)值得出比例因子。第五章將所得比例因子應(yīng)用于 PLIF 實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，通過(guò)定量的分析當(dāng)量比、雷諾數(shù)、稀釋氣體對(duì)預(yù)混燃燒的影響，定量分析不同工況預(yù)混燃燒的 OH 基濃度場(chǎng)的變化。第六章為總結(jié)與展望，主要是對(duì)整個(gè)工作研究結(jié)果的總結(jié)和對(duì)下一步工作進(jìn)行展望。

圖 2.1 PLIF 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Figure 2.1 PLIF experimental system2.1.1 PLIF 診斷系統(tǒng)其中 PLIF 診斷系統(tǒng)包括：YAG 激光器、染料激光器、光學(xué)透鏡組、反射鏡、帶有濾鏡的 ICCD 相機(jī)、在線能量監(jiān)視儀和電腦控制系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)的初始激光束由 Nd：YAG 泵浦激光器產(chǎn)生，波長(zhǎng)為 1064nm、頻率為 10Hz，然后經(jīng)二分之一玻片形成兩束波長(zhǎng)和頻率不變的激光束，兩束激光分別經(jīng)過(guò)二倍頻和三倍頻晶體，再經(jīng)光學(xué)諧振腔得到 355nm 的激光，光束的功率恒定在 2.5W。所輸出的 355nm激光經(jīng)反射鏡進(jìn)入染料激光器中染料光柵調(diào)諧及二倍頻晶體倍頻后得到波長(zhǎng)為283.55nm 的激光束。結(jié)合第二章的理論分析，實(shí)驗(yàn)的激光條件完全符合理論推導(dǎo)的要求。當(dāng)最終所得的 283.55nm 激光經(jīng)光學(xué)透鏡組作用得到所需的能量集中且分布均勻的平面激光，其高度為 50mm，厚度為 0.8mm。實(shí)驗(yàn)中將片狀激光作用在燃燒器火焰的中心，帶有 OH-LIF 濾光鏡的 ICCD 相機(jī)與平面激光做正交布置，用于

12圖 2.2 PLIF 激光系統(tǒng)實(shí)物圖Figure 2.2 Physical image of the PLIF laser system在拍攝過(guò)程中對(duì)每個(gè)工況至少拍攝兩次，且每次拍攝 200 張圖降低實(shí)驗(yàn)的偶然性，故此近似保證了理論推導(dǎo)中激光、受激介系統(tǒng)對(duì)熒光強(qiáng)度的影響為定值。氣系統(tǒng)系統(tǒng)由高壓氣瓶，氣體流量計(jì)，氣體混合腔，單向閥，管道阻

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉晶儒;胡志云;張振榮;關(guān)小偉;王晟;陶波;葉景峰;張立榮;黃梅生;趙新艷;葉錫生;;激光光譜技術(shù)在燃燒流場(chǎng)診斷中的應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2011年02期

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4 唐延?xùn)|;王岳;Christian Eigenbrod;;Flame front detection by active contour method from OH-PLIF images under microgravity[J];Chinese Optics Letters;2006年08期

本文編號(hào)：2775546