本文關(guān)鍵詞：基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的燃燒場氣體分布重建的研究

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【摘要】：燃燒環(huán)境中氣體分布的實時精確測量是控制燃料燃燒,優(yōu)化燃燒過程,降低污染物排放,提高能源利用率的有效途徑。因此研究一種適用于燃燒環(huán)境氣體分布反演的可行方法是非常重要的�？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)具有低探測極限、非侵入、無污染、響應(yīng)時間快和多氣體成分聯(lián)合測量等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用。單條光路傳統(tǒng)的TDLAS測量系統(tǒng)也被用于工業(yè)燃燒中氣體溫度和濃度的測量,但只能得到測量路徑上溫度和濃度的平均值,要實現(xiàn)燃燒過程中氣體斷面分布的在線光譜測量,需要將TDLAS技術(shù)與計算機斷層重建技術(shù)(CT)結(jié)合起來,形成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜層析成像技術(shù)(TDLAT)o本文通過TDLAT對實現(xiàn)燃燒場氣體分布重建的理論進行研究,以燃燒過程中豐富的副產(chǎn)物H2O作為目標分子,利用“譜線群對”的思想獲取所選譜線的光譜信息,并將所選的譜線,通過正交方向和多角度平行光束兩種光路布置方式用TDLAT技術(shù)實現(xiàn)燃燒場氣體溫度和濃度分布的二維仿真重建,對重建結(jié)果和誤差進行分析確定了其方法的正確性。為了進一步研究其正確性,對不同峰值位置、不同峰值大小的分布模型進行了模擬重建,并對重建結(jié)果進行了分析。最后研究了不同相對靈敏度的譜線群對對溫度分布重建誤差大小的影響。上述的模擬研究將為TDLAT技術(shù)實現(xiàn)燃燒場氣體分布重建提供一定的理論基礎(chǔ)。實驗中,通過搭建單光路氣體溫度測量實驗平臺,對7164.6cm-1-7166.4cm-1波長范圍內(nèi)的水蒸氣測溫譜線群在待測溫度范圍進行R(T)曲線標定。并將標定過的譜線對用于平面火焰爐的燃燒溫度場、水蒸氣濃度場重建,通過獲得爐面上方一定高度平.面內(nèi)兩個正交方向上10條光路的光譜吸收信號,借助CT算法進行斷面燃燒溫度場、水蒸氣濃度場的分布重建。由于探測器大小的限制,在探測器緊密排列的情況下,上述5*5的光路布置方式下總的重建區(qū)域為250mm×250mm,重建區(qū)域覆蓋了直徑為60mm的平面火焰爐燃燒區(qū)域。為了檢驗重建的可行性和合理性,本文也對平面火焰爐處于待重建區(qū)域不同位置的分布情況進行了重建。同時又改變光路數(shù)和改變火焰爐中的氣體流量比,分別對氣體分布進行了重建。最后在上述研究的基礎(chǔ)上,利用實時采集的多組實驗數(shù)據(jù)對燃燒火焰爐的穩(wěn)定性進行了一定的分析。從實驗的結(jié)果來看,其重建出來的位置和溫度濃度范圍與實際實驗環(huán)境具有一定的一致性,確定了基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜與計算層析斷層掃描相互結(jié)合實現(xiàn)燃燒場燃燒副產(chǎn)物水汽溫度和濃度二維分布重建的可行性。
【關(guān)鍵詞】：可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù) 溫度濃度分布 平面火焰爐 燃燒診斷
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN249;TK16
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 緒論10-16
• 1.1 研究背景、目的及意義10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究目的及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及文章結(jié)構(gòu)14-16
• 2. 基于TDLAS的氣體分布重建理論16-28
• 2.1 TDLAS測量溫度和濃度的基本原理16-22
• 2.1.1 Beer法則16
• 2.1.2 線強16-18
• 2.1.3 線型函數(shù)18-20
• 2.1.4 氣體濃度測量原理20
• 2.1.5 氣體溫度測量原理20-21
• 2.1.6 直接吸收光譜技術(shù)21-22
• 2.2 計算斷層重建技術(shù)(CT)概述22-27
• 2.2.1 代數(shù)迭代算法(ART)算法的介紹23-25
• 2.2.2 最小二乘QR分解(LSQR)介紹25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 3. 燃燒場氣體分布的模擬重建28-52
• 3.1 氣體溫度和濃度分布仿真模型的建立29-31
• 3.2 模擬重建前光譜參數(shù)的獲得31-33
• 3.3 模擬重建過程33-37
• 3.3.1 重建算法迭代初始值的介紹33-34
• 3.3.2 溫度和濃度分布同時重建34-37
• 3.4 不同氣體分布模型重建37-44
• 3.5 多角度平行束投影模擬重建44-47
• 3.6 譜線對的靈敏度對溫度分布重建的影響47-50
• 3.7 本章小結(jié)50-52
• 4. 測量系統(tǒng)設(shè)計及實驗設(shè)備52-61
• 4.1 氣體單路的溫度測量系統(tǒng)52-55
• 4.1.1 單路溫度測量系統(tǒng)52-53
• 4.1.2 主要實驗設(shè)備介紹53
• 4.1.3 實驗步驟53-55
• 4.2 氣體分布重建實驗裝置55-59
• 4.2.1 實驗系統(tǒng)的設(shè)計55-56
• 4.2.2 主要的實驗設(shè)備56-58
• 4.2.3 實驗的過程58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-61
• 5. 實驗結(jié)果分析61-80
• 5.1 單路溫度的測量61-64
• 5.1.1 R(T)曲線測量實驗結(jié)果61-64
• 5.1.2 實驗的誤差分析64
• 5.2 燃燒場氣體分布重建64-74
• 5.2.1 不同位置的平面火焰爐重建結(jié)果64-68
• 5.2.2 通入不同空氣量時燃燒場氣體分布的重建68-71
• 5.2.3 八條光路的燃燒場氣體分布的重建71-74
• 5.3 燃燒場實時采集結(jié)果及誤差分析74-79
• 5.3.1 燃燒場實時采集數(shù)據(jù)結(jié)果74-77
• 5.3.2 燃燒場氣體分布重建誤差分析77-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 6. 全文總結(jié)與展望80-83
• 6.1 全文總結(jié)80-81
• 6.2 本文成果81
• 6.3 研究展望81-83
• 參考文獻83-88
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果88-89
• 參與科學(xué)研究項目89-90
• 致謝90-94
• 浙江師范大學(xué)學(xué)位論文誠信承諾書94

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李寧;翁春生;;基于多波長激光吸收光譜技術(shù)的氣體濃度與溫度二維分布遺傳模擬退火重建研究[J];物理學(xué)報;2010年10期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭威;CT不完全投影數(shù)據(jù)重建算法研究[D];吉林大學(xué);2011年

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本文編號：751345