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火星进入流场特性中红外吸收光谱诊断研究
1
作者 曾徽 文鹏 +2 位作者 杨国铭 朱兴营 欧东斌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1277-1282,共6页
火星探索项目是我国深空探测工程的重要组成部分,“天问一号”2021年成功着陆火星,是中国航天在火星探索研究迈出的一大步。火星大气的气氛主要以二氧化碳为主,表面气压远低于地球大气,由于大气成分和进入轨道的差异,火星进入器面临的... 火星探索项目是我国深空探测工程的重要组成部分,“天问一号”2021年成功着陆火星,是中国航天在火星探索研究迈出的一大步。火星大气的气氛主要以二氧化碳为主,表面气压远低于地球大气,由于大气成分和进入轨道的差异,火星进入器面临的热环境同地球返回器有很大不同,其进入过程为非空气介质的高速流动,将产生严重的气动防热问题。利用电弧风洞模拟火星进入器气动加热环境,是开展火星探测防热系统设计的关键。电弧风洞模拟火星进入高温过程,其主要过程是CO_(2)主导的离解反应,并且CO等高温离解组分与火星进入器防热材料相互作用,产生的催化效应会显著影响气动热环境。利用中红外量子级联激光吸收光谱测量技术,开展电弧加热火星进入流场特性的在线定量研究。电弧加热在线诊断研究利用CO在4.5μm附近中心波长为2212.625 cm^(-1)(v″=0,R(19))的谱线,实现了对火星地面流场的高信噪比测量,采用单线-直接吸收光谱诊断技术获得了自由流静温和关键组分CO摩尔浓度的实时测量结果。典型状态下,火星进入流场自由流静温和CO摩尔组分浓度在整个运行时间内保持稳定,显示出电弧加热流场良好的稳定性。六组重复试验显示自由流静温和CO摩尔组分浓度分别在(1757±69)K和(0.189±0.027)范围内,自由流温度波动≤3.9%,CO组分浓度波动≤14.3%,证明电弧风洞建立的火星地面流场具有非常好的重复性。基于该研究发展的电弧风洞中红外激光吸收光谱诊断技术,可以为研究火星进入器气动热环境和防热材料烧蚀-催化特性提供精细化测量能力。 展开更多
关键词 火星进入 电弧风洞 中红外激光吸收光谱 气流温度 组分浓度
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基于中红外吸收光谱技术测量高温流场CO浓度研究 被引量：6
2
作者 胡尚炜 殷可为 +2 位作者 涂晓波 杨富荣 陈爽 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期60-66,共7页
CO是碳氢化合物燃烧的主要产物之一,准确测量超燃冲压发动机出口的CO浓度是评估碳氢燃料燃烧效率的重要依据。中红外波段的CO谱线相较近红外而言,具有吸收更强、谱线丰富且谱线对相对孤立、不受其他气体干扰等明显优势。本文基于中红外... CO是碳氢化合物燃烧的主要产物之一,准确测量超燃冲压发动机出口的CO浓度是评估碳氢燃料燃烧效率的重要依据。中红外波段的CO谱线相较近红外而言,具有吸收更强、谱线丰富且谱线对相对孤立、不受其他气体干扰等明显优势。本文基于中红外吸收光谱技术,计算研究了CO中红外光谱特性,选择了适用于高温流场CO测量的特征谱线,设计并搭建了高温流场CO浓度检测系统,开展了气体池浓度标定和不同当量比下平面火焰CO测量验证,实现了某超燃冲压发动机出口高温流场CO测量,反映了航空煤油燃烧过程中CO浓度和温度的变化情况,为超燃冲压发动机的燃烧和流动机理研究提供了有力的研究手段和丰富的实验数据。 展开更多
关键词 中红外吸收光谱技术 TDLAS CO 平面火焰 超燃冲压发动机
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ADN基推力器中红外吸收光谱燃烧诊断 被引量：1
3
作者 曾徽 李飞 +3 位作者 余西龙 陈连忠 姚兆普 张伟 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期47-53,共7页
ADN(二硝酰胺铵盐)基单组元绿色推进技术是空间推进领域的国际研究热点,目前国内外对ADN基推进剂分解和燃烧过程缺乏统一、完善的燃烧动力学机理,尤其欠缺对推力器内部燃烧过程和关键中间产物定量信息的实验研究。本文通过发展先进中红... ADN(二硝酰胺铵盐)基单组元绿色推进技术是空间推进领域的国际研究热点,目前国内外对ADN基推进剂分解和燃烧过程缺乏统一、完善的燃烧动力学机理,尤其欠缺对推力器内部燃烧过程和关键中间产物定量信息的实验研究。本文通过发展先进中红外光谱诊断技术(QCLAS),实时诊断ADN基推进剂分解、燃烧反应中的CO,N_2O多种关键组分浓度、燃气温度等关键参数。推力器稳态点火测量结果验证了ADN推进剂催化分解和燃烧两步反应阶段理论研究,脉冲点火下组分浓度变化规律呈现与脉冲序列一致特性,验证了推力器正常工作的稳定性和可靠性。基于测量结果初步评估了ADN基推力器性能,特征速度达1130m/s,达到同类型肼推力器标准,验证了该绿色推力器良好的应用前景。 展开更多
关键词 ADN基推力器 中红外量子级联激光吸收光谱 温度测量 浓度测量
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中红外层析吸收光谱技术应用于甲烷掺氨层流预混火焰温度测量 被引量：1
4
作者 陆盛曜 马柳昊 +4 位作者 张健鹏 李青 周吉伟 万涛 王宇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第18期2733-2743,共11页
氨(NH3)是一种代表性的零碳燃料,其完全燃烧产物为水(H_(2)O(g))和氮气。由于其独特的零碳排放优势,近年来,NH3已在热力锅炉、内燃机和工业窑炉中实现高比例掺烧的减排应用。由于火焰温度与燃烧效率和污染物生成密切相关,因此亟须精准... 氨(NH3)是一种代表性的零碳燃料,其完全燃烧产物为水(H_(2)O(g))和氮气。由于其独特的零碳排放优势,近年来,NH3已在热力锅炉、内燃机和工业窑炉中实现高比例掺烧的减排应用。由于火焰温度与燃烧效率和污染物生成密切相关,因此亟须精准的实验数据以实现对燃烧过程的主动控制。本文开发了基于中红外层析吸收光谱技术的测量系统,通过跃迁谱线分析,优选了H_(2)O在基频谱带(v3)内2482 nm附近的吸收谱线开展吸收光谱测量。采用多个Voigt线型函数实现H_(2)O光谱重叠吸收特征的精确拟合,并结合阿贝尔逆变换和正则化技术实现了不同掺氨比燃烧工况下火焰温度的免标定、定量测量。实验结果表明纯氨燃料和甲烷/氨气混合燃料的火焰面位置位于燃烧器上方高度的0.5~2 mm之间,当体积掺氨比从20%向100%增大时,火焰面逐渐远离燃烧器,同时火焰最高温度大约从1600 K上升至2000 K。本文开发的测量方法与系统,不仅能捕捉到层流预混火焰沿着轴向和径向的非均匀温度分布,还能分辨出不同燃烧工况下的火焰温度差异,特别适合零碳氨燃料火焰温度测量。 展开更多
关键词 中红外层析吸收光谱技术 温度测量 氨燃料层流预混火焰 温度分布
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基于吸收/发射光谱的火星进入地面模拟流场特性研究
5
作者 曾徽 文鹏 +2 位作者 杨国铭 朱兴营 欧东斌 《实验流体力学》 北大核心 2025年第2期15-22,共8页
火星进入器与地球返回器面临的热环境有很大不同。利用电弧风洞模拟火星进入器气动加热环境,进行防热系统设计是火星进入器研制的关键环节。利用发射光谱和激光吸收光谱诊断技术,开展了模拟火星大气进入地面试验流场下CO_(2)介质的辐射... 火星进入器与地球返回器面临的热环境有很大不同。利用电弧风洞模拟火星进入器气动加热环境,进行防热系统设计是火星进入器研制的关键环节。利用发射光谱和激光吸收光谱诊断技术,开展了模拟火星大气进入地面试验流场下CO_(2)介质的辐射特性和流场参数的在线测量研究,获得了CO_(2)等离子体电子激发温度、喷管出口自由流静温和关键组分CO摩尔浓度的实时测量结果。发射光谱和激光吸收光谱测量结果表明,电弧加热器具有非常好的长时间稳定运行能力和气流参数重复模拟能力。本文发展的光谱诊断技术可为火星进入器气动热环境流场特性等方面的研究提供有效测量手段。 展开更多
关键词 火星进入地面模拟 电弧加热器 发射光谱 中红外吸收光谱 气流温度 组分浓度
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方解石-白云石-菱镁矿的中远红外光谱学特征研究 被引量：15
6
作者 朱莹 黎晏彰 +3 位作者 鲁安怀 丁竑瑞 李艳 王长秋 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期459-469,共11页
利用拉曼光谱和红外光谱研究了方解石、白云石和菱镁矿的光谱学特征,探究了影响三种矿物红外辐射性能的因素。三种矿物的拉曼光谱(Raman)、中红外吸收光谱(MIR)、远红外吸收光谱(FIR)显示随着矿物中镁含量的增大将会影响CO_(3)^(2-)的... 利用拉曼光谱和红外光谱研究了方解石、白云石和菱镁矿的光谱学特征,探究了影响三种矿物红外辐射性能的因素。三种矿物的拉曼光谱(Raman)、中红外吸收光谱(MIR)、远红外吸收光谱(FIR)显示随着矿物中镁含量的增大将会影响CO_(3)^(2-)的面外弯曲振动(ν_(2))、反对称伸缩振动(ν_(3))和平面内弯曲振动(ν_(4)),使各光谱特征峰均向高频端迁移。基于黑体辐射定律以及在80℃、400~2000 cm^(-1)矿物的辐射能量谱,结果显示方解石、白云石、菱镁矿的发射率依次减少(0.951,0.938,0.895)。三种矿物的红外吸收光谱和发射光谱中的振动位置均受CO_(3)^(2-)基频的显著影响,在1300~1650 cm^(-1)均产生宽的低吸收带,该吸收带与CO_(3)^(2-)的反对称伸缩振动相关,且吸收带范围(202,236,272 cm^(-1))与发射率之间呈负相关关系。因此,当最强化学键的振动出现在发射光谱窄的吸收带范围内会产生相对较高的辐射能和发射率。此外,矿物的晶体结构也会影响发射率,大的离子半径、键长和晶胞体积将降低辐射过程中能量的吸收,增强辐射特性。综上研究结果,方解石、白云石和菱镁矿的拉曼光谱和红外光谱揭示了金属原子的相对质量对光谱学特征的显著影响,其发射率可能受到C-O键的反伸缩振动范围、最强吸收带控制的最低发射率以及矿物晶体结构的共同影响。这项研究呈现了必要的光谱信息和热发射率数据以识别特定的碳酸盐矿物,为类似矿物的光谱特征研究奠定了基础;同时为进一步认识地壳中大量的碳酸盐矿物提供了研究方法,也为地外勘探的深入研究给予相关的理论基础。 展开更多
关键词 碳酸盐矿物 中红外吸收光谱 远红外吸收光谱 热红外发射光谱 晶体结构 发射率
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广西桂林磷氯铅矿的振动光谱表征
7
作者 钱雪雯 刘衔宇 +1 位作者 李净净 袁野 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期735-741,共7页
广西桂林产出的磷氯铅矿,颜色鲜艳,晶体完整,深受矿物及宝石收藏爱好者们的青睐。选取6颗广西桂林产不同颜色的磷氯铅矿样品。采用能量色散X射线荧光光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪及X射线粉晶衍射仪对样品的化学成分及振动光谱进行测... 广西桂林产出的磷氯铅矿,颜色鲜艳,晶体完整,深受矿物及宝石收藏爱好者们的青睐。选取6颗广西桂林产不同颜色的磷氯铅矿样品。采用能量色散X射线荧光光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪及X射线粉晶衍射仪对样品的化学成分及振动光谱进行测试,以探讨其振动光谱与化学组成(类质同象)和晶体结构之间的关系。结果表明,其主要化学组成元素为Pb,其次是P和Cl;中红外及拉曼光谱主要表征了PO_(4)^(3-)的弯曲和伸缩振动,其中300 cm^(-1)以下的谱带与晶格振动有关,882/822 cm^(-1)处可见AsO_(4)^(3-)的反对称伸缩振动,1461 cm^(-1)处则与CO_(3)^(2-)振动有关,表明在广西桂林磷氯铅矿结构中,CO_(3)^(2-)和AsO_(4)^(3-)少量取代了其中的PO_(4)^(3-);近红外光谱测试表明,样品中存在与过渡金属离子Fe^(2+)和Cu^(2+)相关的谱带,说明Fe^(2+)和Cu^(2+)可能同时取代了Pb 2+,存在于晶体结构中;4000~8000 cm^(-1)区域主要显示了磷酸根离子、砷酸根离子以及两者的合频和倍频,水分子、羟基、羟基与金属离子的合频和倍频,并证实了样品中存在结晶水、结构水和吸附水,其中通道离子Cl部分被OH取代;综合中红外、近红外以及拉曼光谱分析结果表明,广西桂林磷氯铅矿样品中广泛存在着类质同象,该现象导致磷酸根离子对称性降低,结构产生畸变,谱带发生分裂及位移。同时X射线粉晶衍射表明类质同象对晶胞参数a_(0)和b_(0)基本没有影响,c_(0)在较小范围内波动。 展开更多
关键词 磷氯铅矿 近红外吸收光谱 中红外吸收光谱 激光拉曼光谱
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