【摘要】：燃燒場組分濃度是燃燒效率和污染物排放的重要指示標(biāo)志,其測量對(duì)于燃燒過程分析有重要的研究意義。CO和NO作為燃燒的主要污染物,對(duì)人類健康和自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害,同時(shí)也是燃燒爐和發(fā)動(dòng)機(jī)限定排放污染物。因此,對(duì)燃燒場CO和NO等污染氣體進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)檢測對(duì)安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和燃燒診斷都具有重要價(jià)值。中紅外波段對(duì)應(yīng)于大量分子物質(zhì)的基頻吸收,具有很強(qiáng)的吸收譜線,適合于燃燒場組分的測量�？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)因其具有非侵入測量、抗干擾能力強(qiáng)、快速響應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),并且能夠同時(shí)測量溫度、組份濃度、流速等氣體參數(shù),廣泛應(yīng)用于燃燒流場診斷。本文針對(duì)燃燒場中CO和NO污染物濃度測量問題,開展了基于TDLAS技術(shù)燃燒場濃度測量研究。根據(jù)HITEMP數(shù)據(jù)庫對(duì)燃燒環(huán)境的模擬與分析,選擇燃燒產(chǎn)物H20 7154.35cm-1和7467.77cm-1兩條吸收譜線線強(qiáng)之比測溫,以CO 2060 cm-1和NO 1900cm-1兩條中紅外強(qiáng)吸收基頻譜線用于濃度測量。系統(tǒng)采用近紅外、中紅外多波長復(fù)用同光路探測方法,實(shí)現(xiàn)了燃燒場溫度和組分濃度的同時(shí)測量。首先,搭建了基于TDLAS技術(shù)的燃燒場溫度濃度測量系統(tǒng),并詳細(xì)分析測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理流程。其次,在高溫管式爐上開展溫度測量驗(yàn)證試驗(yàn),TDLAS系統(tǒng)測量溫度值與設(shè)定值偏差均小于45K,溫度測量具有可靠性;同時(shí)分別進(jìn)行CO和NO濃度測量標(biāo)定實(shí)驗(yàn),反演濃度誤差分別在3.0%和3.5%以內(nèi),線性度達(dá)到0.999以上。最后,將系統(tǒng)置于可升降光學(xué)平臺(tái)上,針對(duì)實(shí)驗(yàn)室直徑60 mm的McKenna CH4/AIR預(yù)混平焰爐,開展了 CO和NO污染物濃度測量實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同當(dāng)量比和爐面高度的CO和NO濃度測量,測量誤差分別在5.7%和5.9%以內(nèi),并分析討論測量結(jié)果。由此驗(yàn)證了 TDLAS技術(shù)對(duì)燃燒診斷分析的可行性和可靠性。通過光譜選線,系統(tǒng)設(shè)計(jì),溫度和濃度測量等工作,研究了基于中紅外TDLAS技術(shù)的燃燒流場溫度和CO、NO組分濃度的測量技術(shù),實(shí)現(xiàn)了燃燒場污染物濃度的非侵入式快速準(zhǔn)確測量,有利于燃燒過程分析的研究,具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X831
【圖文】：

著人類環(huán)境安全，并且工業(yè)廢氣，廢水，廢物排放正在逐年增長，人類活動(dòng)對(duì)逡逑自然界的影響越來越顯著［２，３］。逡逑我國２０１７年的能源結(jié)構(gòu)如圖１．１所示，煤炭和石油將長期作為我國的主要逡逑能源，因此，我國大氣受化石燃料燃燒影響較為嚴(yán)重。并且隨著城市人口激增，逡逑能源消耗量將大幅增加。工業(yè)、生活爐灶與采暖鍋爐，以及機(jī)動(dòng)車（截止２０１７逡逑年，機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)３．１億）排放的逐年上升，污染污染狀況不斷加�。郏础担�。面對(duì)逡逑日益嚴(yán)峻的大氣污染等環(huán)境問題，國家也在不斷地進(jìn)行整治，但從整體上來看逡逑并無明顯轉(zhuǎn)變。逡逑１％邋２％逡逑．：－石油逡逑ｉ８％邐’邐‘邋天然氣逡逑■桃逡逑圖１．１邋２０１７年中國能源結(jié)構(gòu)逡逑１逡逑

邐Ｊ￣１Ｘ１５３？￣｜邐Ｓ＾＊逡逑圖１．２邋ＣＡＲＳ實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖逡逑ＬＩＦ是根據(jù)粒子被激發(fā)后的熒光信號(hào)來反演測量信息［２５＿２７］，可實(shí)現(xiàn)較高壓逡逑力溫度測量和二維溫度場的測量，其裝置如圖１．３所示。ＬＩＦ技術(shù)檢測精度高，逡逑但信號(hào)易受分子密度和信號(hào)猝滅等因素影響。逡逑透鏡透鏡邐火焰逡逑邐１邋？抖ｆｌ．ｔ邋°ｎＬ邐Ｉ邐逡逑激光器能量計(jì)■逡逑￣￣Ｉ邐？邐［邋ｕ邋Ｗ邋Ｉ邐逡逑—濾光片逡逑＾邐ｍ邐＆ＣＣＤ逡逑ＤＧ５３５邋．ｊ邐邐＼）逡逑圖１．３邋ＰＬＩＦ實(shí)驗(yàn)裝置示意圖逡逑可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（ＴＤＬＡＳ）利用窄線寬可調(diào)諧半導(dǎo)體激光逡逑器，通過探測一條完整的光譜吸收線，計(jì)算出測量對(duì)象的濃度、溫度、流速等逡逑參量［２８＆］，它具有高光譜分辨率、敏度快速、非侵入測量等特點(diǎn)，可用于ｃｈ４，逡逑Ｈ２０，邋ＣＯ，邋Ｃ０２，邋ＮＯ，邋ＨＦ等對(duì)象進(jìn)行原位測量，進(jìn)而分析區(qū)域環(huán)境組分濃度逡逑和燃燒過程狀態(tài)。逡逑ＴＤＬＡＳ技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)［３７］：邋（ｌ）ＴＤＬＡＳ可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測量，高選逡逑擇性可在復(fù)雜條件下測量特定物質(zhì)成分；（２）系統(tǒng)具有體積小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等逡逑優(yōu)點(diǎn)

圖１．２邋ＣＡＲＳ實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖逡逑ＬＩＦ是根據(jù)粒子被激發(fā)后的熒光信號(hào)來反演測量信息［２５＿２７］，可實(shí)現(xiàn)較高壓逡逑力溫度測量和二維溫度場的測量，其裝置如圖１．３所示。ＬＩＦ技術(shù)檢測精度高，逡逑但信號(hào)易受分子密度和信號(hào)猝滅等因素影響。逡逑透鏡透鏡邐火焰逡逑邐１邋？抖ｆｌ．ｔ邋°ｎＬ邐Ｉ邐逡逑激光器能量計(jì)■逡逑￣￣Ｉ邐？邐［邋ｕ邋Ｗ邋Ｉ邐逡逑—濾光片逡逑＾邐ｍ邐＆ＣＣＤ逡逑ＤＧ５３５邋．ｊ邐邐＼）逡逑圖１．３邋ＰＬＩＦ實(shí)驗(yàn)裝置示意圖逡逑可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（ＴＤＬＡＳ）利用窄線寬可調(diào)諧半導(dǎo)體激光逡逑器，通過探測一條完整的光譜吸收線，計(jì)算出測量對(duì)象的濃度、溫度、流速等逡逑參量［２８＆］，它具有高光譜分辨率、敏度快速、非侵入測量等特點(diǎn)，可用于ｃｈ４，逡逑Ｈ２０，邋ＣＯ，邋Ｃ０２，邋ＮＯ，邋ＨＦ等對(duì)象進(jìn)行原位測量，進(jìn)而分析區(qū)域環(huán)境組分濃度逡逑和燃燒過程狀態(tài)。逡逑ＴＤＬＡＳ技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)［３７］：邋（ｌ）ＴＤＬＡＳ可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測量，高選逡逑擇性可在復(fù)雜條件下測量特定物質(zhì)成分；（２）系統(tǒng)具有體積小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等逡逑優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用；（３）能夠?qū)崿F(xiàn)高重復(fù)頻率（可達(dá)１００ｋＨｚ）的在線測逡逑量，利用光纖通信中的多路復(fù)用技術(shù)［８］，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多物理量同時(shí)進(jìn)行在線探測。逡逑目前

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764423