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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
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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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基于中红外吸收光谱技术测量高温流场CO浓度研究 被引量:6
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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 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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小型化中红外直接吸收CO_(2)光谱仪 被引量:2
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作者 刘婧怡 潘越 +3 位作者 姚路 于丽婷 李惠 阚瑞峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1330-1337,共8页
二氧化碳(Carbon Dioxide,CO_(2))是一种关键的温室气体,对地球气候和生态系统调节有重要作用,准确检测痕量CO_(2)浓度对评价温室效应意义重大。一般情况下,气体分子在中红外光谱范围存在强吸收,可以实现高灵敏探测,因此,以4.219μm中... 二氧化碳(Carbon Dioxide,CO_(2))是一种关键的温室气体,对地球气候和生态系统调节有重要作用,准确检测痕量CO_(2)浓度对评价温室效应意义重大。一般情况下,气体分子在中红外光谱范围存在强吸收,可以实现高灵敏探测,因此,以4.219μm中红外波段的带间级联激光器为光源结合可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)设计了小型化CO_(2)监测仪器。在不同标气浓度下对仪器进行了标定,并通过分析Allan方差,得出积分时间在8.7 s时对应的最低检测限为16.6×10^(-9),满足温室效应研究对CO_(2)气体的高灵敏测量需求。采用仪器对大气CO_(2)连续监测8天,并与商用仪器LGR进行对比,充分验证了小型化CO_(2)监测仪器的可靠性,以及中红外光源与TDLAS技术相结合的气体浓度检测方法在大气CO_(2)准确测量方面的可行性。该系统具有结构简单、体积小、功耗低和质量轻的特点,为建设空基无人机平台的CO_(2)监测能力提供了技术支持。 展开更多
关键词 激光吸收光谱技术 二氧化碳 红外可调谐二极管激光 直接吸收 小型化
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中红外吸收光谱的气相过氧化氢浓度测量 被引量:2
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作者 潘孙强 胡朋兵 +2 位作者 陈哲敏 张建锋 刘素梅 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1102-1106,共5页
气相过氧化氢为强氧化剂,其消毒、灭菌的最终产物为水和氧气,具有无残留、安全、快速消毒以及广泛的材料兼容性等优点。广泛应用于制药、医疗、卫生、生物安全等领域,特别是新冠肺炎、MERS、SARS以及甲流等呼吸类传染性疾病的消毒防治... 气相过氧化氢为强氧化剂,其消毒、灭菌的最终产物为水和氧气,具有无残留、安全、快速消毒以及广泛的材料兼容性等优点。广泛应用于制药、医疗、卫生、生物安全等领域,特别是新冠肺炎、MERS、SARS以及甲流等呼吸类传染性疾病的消毒防治。为保证灭菌效果,防止无菌检查的假阴性或者假阳性,需要对过氧化氢的浓度进行监测。基于1255 cm^(-1)量子级联激光器可调谐激光吸收光谱技术研制了一套气相过氧化氢浓度测量装置,浓度测量范围为0~1800 ppm。采用V型光路结构、窗口片将检测仪主要部件与过氧化氢进行隔离,避免过氧化氢腐蚀。针对高浓度、高吸光度时一阶泰勒级数近似透射率函数误差较大这一情况,采用二阶泰勒级数近似透射率函数,导出了二次谐波信号关于气体浓度的二次函数。二次谐波信号测得是电压值,采用高锰酸钾滴定法对其进行标定、溯源。最终得到气相过氧化氢浓度的测量公式,对高低浓度过氧化氢都拟合较好,拟合误差最大为3%。当湿度变化时,二次谐波信号没有发生变化,排除水分对过氧化氢测量的影响,适用于灭菌过程中常压下高浓度VHP的浓度测量。 展开更多
关键词 吸收光谱 可调谐激光吸收光谱技术 气相过氧化氢 红外
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基于视线效应修正的中红外激光吸收光谱对冲扩散火焰温度测量方法
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作者 万涛 陆盛曜 +3 位作者 马柳昊 孙博闻 黄弈涛 王宇 《光学精密工程》 2025年第18期2833-2843,共11页
精准测量对冲扩散火焰温度对于构建高保真燃烧化学反应机理、揭示污染物生成机制以及开发高效清洁燃烧技术,具有重要的理论指导意义和工程应用价值。激光吸收光谱技术(Laser Absorption Spectroscopy,LAS)作为一种广泛应用的非接触式测... 精准测量对冲扩散火焰温度对于构建高保真燃烧化学反应机理、揭示污染物生成机制以及开发高效清洁燃烧技术,具有重要的理论指导意义和工程应用价值。激光吸收光谱技术(Laser Absorption Spectroscopy,LAS)作为一种广泛应用的非接触式测温手段,近年来受到广泛关注。然而,由于吸收路径上热力学和化学参数的非均匀分布,传统基于视线(Line-of-Sight,LOS)积分的测量方法在获取火焰温度信息时存在较大不确定性,影响其测量的准确性和可靠性。尽管传统的层析重建方法和多谱线轮廓拟合技术能够一定程度上恢复火焰中心的温度信息,但这类方法通常实现过程复杂、计算耗时,难以满足高保真测试诊断的需求。本文提出了一种视线效应修正的中红外激光吸收光谱测温方法,该方法通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)和光谱数值模拟定量不同火焰位置非均匀性对LOS测温结果的偏差影响,最终实现LOS测温修正。为验证该方法,基于H_(2)O分子吸收光谱在2.5μm附近的强吸收谱线对开展系统LOS测温实验,并对比层析重建测量结果和耦合详细化学反应机理的仿真结果。实验结果表明本文提出的温度修正方法对不同燃料燃烧对冲扩散火焰的LOS测温结果可靠性有明显提升,与层析重建实验和CFD结果相比,相对结果差异由修正前的10%~20%降至5%以内,且大部分测量位置小于2%。本文提出的温度修正方法可大幅提高LOS测量方法的可靠性,同时省去了耗时的机械式层析扫描步骤,为对冲扩散火焰温度的快速、准确测量提供了一种有效解决方案。 展开更多
关键词 视线效应 红外激光吸收光谱技术 温度分布 温度修正
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光学应用
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《中国光学与应用光学》 2007年第2期106-108,共3页
关键词 光学相干层析成像 合肥 重点实验室 安徽 光学应用 铜绿假单胞杆菌 红外线辐射 红外辐射 安徽光机所 光学技术 正常膀胱 激光生命科学 质量浓度 量子电子学报 差分吸收光谱技术 拉曼散射 喇曼散射 膀胱肿瘤 膀胱癌 舰船
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