28206.激光誘導擊穿光譜技術對甲烷空氣混合當量比和火焰溫度的測量研究

1、天津大學碩士學位論文激光誘導擊穿光譜技術對甲烷空氣混合當激光誘導擊穿光譜技術對甲烷空氣混合當量比和火焰溫度的測量研究量比和火焰溫度的測量研究ResearchontheMeasurementsofEquivalenceRatioFlameTemperatureofMethaneAirMixturebyLaserInducedBreakdownSpectroscopy學科專業(yè)：動力工程(內燃機)作者姓名：左鵬指導教師：堯命發(fā)教授企業(yè)導師：林

2、鐵堅高級工程師天津大學機械工程學院二零一四年十二月I中文中文摘要摘要當量比和溫度作為影響燃燒反應路徑的重要參量，對其實時測量和精確控制，在科學研究和工程應用方面具有重大的研究價值。激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)作為一種新型光譜分析方法，近年來被逐漸應用于燃燒診斷領域。本文采用LIBS對甲烷空氣混合氣當量比和火焰溫度進行測量研究。首先，在甲烷空氣混合氣中建立了一套LIBS測試系統(tǒng)，利用H、O、N不同特征譜線強度比實現(xiàn)了對甲烷、空氣燃空當

3、量比的定量測量。在“門控”模式下，比較分析了H656O777與H656N746這兩種定標曲線對燃空當量比的測量效果，發(fā)現(xiàn)H656O777可以實現(xiàn)更好的預測精度與更高的靈敏度；“非門控”模式可以利用更多的譜線強度比(H656O777、H656N500、H656N567和H656N746)進行標定測量，其中H656O777的測試效果最好。比較分析了“門控”與“非門控”兩種檢測模式對標定測量的影響:“門控”檢測模式在擬合優(yōu)度與預測精度方面都要

4、略優(yōu)于“非門控”模式。此外，在保持聚焦點能量密度相同的情況下，研究了1064nm，532nm，355nm三種不同激光波長對H、O、N特征譜線及H656O777標定曲線斜率的影響:H、O、N特征譜線強度、信噪比以及H656O777標定曲線的斜率均隨激光波長的增加而增加。在三種波長中，1064nm的激光最適合作為LIBS技術的光源，定量測量甲烷空氣混合氣當量比。最后，本文分別從等離子體電子密度、溫度對譜線強度與分布函數(shù)的影響方面，對以上實驗

5、結果給出理論上分析與說明。在基于熱流量法設計的熱流量爐中進行了激光誘導擊穿光譜測溫的實驗研究。以熱流量爐作為溫度標定源，通過質量流量計控制甲烷與空氣的流速和混合當量比(0.6~1.1)，產生溫度范圍在1650~2300K的一維絕熱火焰。以其中6個當量比下的絕熱溫度測得的擊穿閾值為標定集，得到火焰溫度范圍1650~2300K的測溫曲線。利用該曲線對其他5個當量比的火焰溫度進行預測分析，最大誤差小于25K。因此，LIBS技術對火焰溫度進行測