【摘要】：人類在消耗能源的同時對自然環(huán)境造成了一定的影響。因此,如何協(xié)調(diào)好環(huán)境保護和能源消耗之間的關(guān)系以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就成為了當(dāng)今世界發(fā)展的重要議題。石油資源的消耗在能源消耗中占主導(dǎo)地位,為了協(xié)調(diào)好石油資源日趨匱乏和國內(nèi)巨大需求之間的矛盾,解決環(huán)境污染中最突出的大氣污染問題,發(fā)展替代燃料以部分取代石油燃料以及降低機動車污染物的排放是一種切實可行的途徑。乙醇汽油屬于替代燃料中的一種,在汽油中添加適量的乙醇可以降低汽油燃料的消耗和燃燒污染物中的碳煙排放。為了研究擴散燃燒火焰中產(chǎn)生的碳煙體積分?jǐn)?shù)分布規(guī)律,精確測定層流擴散火焰高度以及量化分析火焰結(jié)構(gòu)。先運用激光誘導(dǎo)熾光法測量石蠟擴散火焰中的碳煙體積分?jǐn)?shù)分布,再運用消光法測量含有乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%的乙醇汽油層流擴散火焰中的碳煙體積分?jǐn)?shù)分布。比較兩種碳煙光學(xué)診斷方法之后,確定消光法作為研究乙醇汽油層流擴散火焰的研究手段。本文選取了乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為0%、20%、80%和100%的乙醇汽油作為研究對象,選擇層流擴散燃燒作為燃燒方式,在一套液體燃料霧化蒸發(fā)燃燒系統(tǒng)中進行實驗,結(jié)合火焰圖像重新定義了層流擴散火焰的結(jié)構(gòu)。針對后期數(shù)據(jù)處理過于復(fù)雜的問題,本文采取三點Abel反演算法來計算層流擴散火焰中的碳煙體積分?jǐn)?shù)。作者運用MATLAB對乙醇汽油的層流擴散火焰結(jié)構(gòu)進行了量化分析,為避免可視火焰高度因自身周期性脈動和觀測者的不同而造成的影響,通過編寫相關(guān)算法對火焰高度進行了精確計算。在運用激光誘導(dǎo)熾光法研究擴散火焰中的碳煙體積分?jǐn)?shù)的過程中,選擇波長532 nm,能量30 mJ,能量密度0.2 J/cm~2的激光,拍攝的火焰圖像最為清晰且碳煙發(fā)出的熾光信號對應(yīng)的最佳延遲為158?s。在乙醇汽油層流擴散火焰中,乙醇體積分?jǐn)?shù)越大,碳煙成形區(qū)域面積越小,藍焰區(qū)域面積越大。過渡區(qū)域面積占火焰總面積的21%左右,且不隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而發(fā)生較大的變化。
【圖文】：

逐步發(fā)展為有很大潛力的光學(xué)診斷技術(shù)之一，在對燃燒火焰中碳煙的定性及定量分析方面應(yīng)用十分廣泛。一種典型的激光誘導(dǎo)熾光實驗系統(tǒng)如圖1.1所示。由于激光誘導(dǎo)熾光法的優(yōu)勢，在美國康涅狄格大學(xué)燃燒診斷實驗室的協(xié)助下，搭建了一套激光誘導(dǎo)熾光測試系統(tǒng)，嘗試性地探究了石蠟擴散火焰中部的碳煙體積分?jǐn)?shù)分布的規(guī)律，得到了一些較有價值的結(jié)果�；鹧鎴D像和碳煙數(shù)據(jù)的處理是在MATLAB中進行的，為后續(xù)采用消光法和進一步探索MATLAB與實驗相結(jié)合進行圖像處理奠定了基礎(chǔ)。1.3.2 消光法消光法（Light Extinction）也叫視線衰減法（line-of-sight attenuation），在光學(xué)診斷技術(shù)中屬于非接觸式光學(xué)測量[17-20]。其基本原理可以表述為:當(dāng)光線穿過火焰時，燃燒產(chǎn)生的碳煙顆粒對光有吸收和散射的作用。在吸收和散射共同作用下，穿過火焰前后的光照強度會出現(xiàn)不同程度的衰減，那么前后光強的變化就反應(yīng)了火焰中碳煙濃度的分布規(guī)律。利用這一點

基于光學(xué)診斷與圖像處理技術(shù)的乙醇汽油擴散火焰研究6圖1.2 一種典型的激光消光系統(tǒng)Fig.1.2 A typical laser light extinction system消光法也具有非介入性、不會對實驗對象產(chǎn)生影響的特點，相較于其他測試方法，其原理和操作相對比較簡單，，實驗系統(tǒng)易于搭建，實驗結(jié)果比較精確，成本相對較低，因此被廣泛應(yīng)用于測量顆粒物濃度等方面，圖1.2為一種典型的激光消光實驗系統(tǒng)。本文將采用二維平行光消光法，研究E20乙醇汽油層流擴散火焰燃燒碳煙的分布。綜合分析激光誘導(dǎo)熾光法測得的石蠟擴散火焰實驗數(shù)據(jù)和消光法測得的E20乙醇汽油層流擴散火焰中的碳煙體積分?jǐn)?shù)實驗數(shù)據(jù)。比較火焰圖像的清晰度和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選擇較合適的光學(xué)診斷手段。重點研究E10、E20、E80和E100乙醇汽油的層流擴散火焰碳煙體積分?jǐn)?shù)，并運用MATLAB定量分析火焰結(jié)構(gòu)，嘗試編寫精確測定火焰高度和計算不同火焰區(qū)域的核心代碼。1.4 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀本文選擇激光誘導(dǎo)熾光法和消光法這兩種光學(xué)診斷的方法
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE626.2;TP391.41

【參考文獻】

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本文編號：2660560