《燃燒診斷技術》ppt課件

1、第一節(jié) 光學方法,激光測量技術、全息干涉測量技術、紅外輻射及顏色定量測量技術和基于CCD的三基色測量技術。 一、激光測量技術激光的特點激光測量技術可分為三種方法：激光誘導熒光法（LIF）、自發(fā)拉曼散射法（SRS）和相干反斯托克斯光譜法（CARS）。,,LIF通過高能量的脈沖激光器激發(fā)標志分子的熒光，應用強度開啟CCD相機，通過適當選擇標志分子，可以獲得流體定量參數(shù)的二維圖形。根據(jù)圖形得到有關標志分子濃度的定性測量和隨時間變化的擾動

2、，來研究燃燒過程。,,在實際測量時，LIF圖像所能感受的燃燒參數(shù)包括溫度、組分濃度、速度、壓力和密度。一旦獲得這種2D場測量參數(shù)，即可計算其它量。,,熒光測溫技術具有測溫范圍寬、測量精度高、重復性好等特點。必須解決材料和耦合問題。采用LIF技術是獲取被激激光照射的粒子的誘發(fā)熒光，對實驗條件要求較高，實驗系統(tǒng)較復雜。,,拉曼散射被證明有可能是唯一一種可以同時測量燃燒系統(tǒng)氣體種類（N2、O2、CO2、H2O、CO、H2、CH4）和溫度的

3、光學診斷技術。激光拉曼散射診斷技術的一個重要特點是具有很高的空間和時間分辨率。因此，自發(fā)拉曼散射技術目前已廣泛用于“清潔”火焰的燃燒研究中。,,CARS法測量原理為：當兩束頻率為ωp和ωs的高能激光束（泵浦Pump和斯托克斯Stokes激光束）聚焦在一點，入射到被測介質(zhì)中時，通過分子中的非線性過程互相作用產(chǎn)生第3束類似于CARS光束的偏振光，其頻率為ωR。如果ωR=2ωp-ωs正好是分子的某一共振譜線，且滿足非線性光學中的相位匹配條件

4、，那么ωR頻率的光會極大地增強。用這一信號就可以對燃燒組分成分進行鑒別。最后，通過對檢測光譜與已知其溫度的理論光譜的比較，就可以得到燃燒溫度。通過與配置的標準濃度的光譜的比較，可得氣體組分的濃度。要執(zhí)行這些反復迭代的最小二乘法計算程序，還需要具備相當?shù)挠嬎隳芰?，這就是CARS法。,,與自發(fā)拉曼散射不同，同一時間CARS通常只能測量一種組分（除了N2、CO、CO2與O2以外）。為了克服此局限性，同時測量多組分，可用多色CARS技術。這時C

5、ARS信號位于反斯托克斯區(qū)，要產(chǎn)生波混合的各種組合，每一種需要單獨的相位匹配。,,在激光技術中，CARS是唯一可用于實際含塵燃燒系統(tǒng)中的燃燒溫度與組分濃度分布非接觸式激光診斷技術。,,二、全息干涉測量技術全息術的原理是“干涉記錄、衍射重現(xiàn)”，其最成功、最廣泛的應用之一是在干涉計量方面。按記錄方式不同，可分為雙曝光全息干涉法、實時全息干涉法、時間平均全息干涉法（連續(xù)曝光法）、雙波長全息干涉法、多次曝光全息干涉法、波前錯位全息干涉法及多

6、通道全息干涉法等。最為常用的是雙曝光法和實時法。,,雙曝光全息干涉法：將來自激光器的光束分成兩路光束，他們分別進行擴束和準直后重新匯聚在全息干板上。其中一束穿過被測物場，為物光束；另一束為參考光束。參考光束與物光束相干，在全息干板上記錄下物光全息信息。全息干板經(jīng)兩次曝光，每一次曝光記錄一個物光波。第一次曝光時物場是均勻的，即沒有待測物場；第二次曝光時物光穿過待測物場。,,實時全息干涉法：首先記錄一張位相物體未變化時物光波標準波面的全息圖

7、。經(jīng)顯影、定影處理后，將該全息圖準確復位于光路中的原來位置。然后，用位相物體變化后的被測試物光與參考光同時照射全息圖，使直接透過全息圖的測試物光波與全息圖所再現(xiàn)的原始物光波相互干涉，從而獲得實時全息干涉圖。依據(jù)該干涉圖上條紋的變化情況確定被測物理量。,,從激光器發(fā)出的相干單色光用分光板分為兩束，一束光經(jīng)擴束后用來照明被攝物體，此稱物體光（O光）；另一束光經(jīng)擴束直接照射到高分辨率的全息底片上，此稱參考光（R光）。當來自物體的散射光即物體光

8、在全息底片上與參考光相遇就進行位相比較，其結果是產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋經(jīng)曝光記錄在底片上，這就完整的記錄了被攝物體形狀和位相，存儲了物體景物的三維信息系。通過干涉條紋確定溫度。,,三、紅外輻射及顏色定量測量技術熱輻射是物體因本身的溫度而以電磁波形式向外發(fā)射能量的物理現(xiàn)象。輻射測溫儀按工作原理可分為“亮度測溫儀”和“輻射比測溫儀”兩大類。輻射比測溫儀可分為雙色和多色測溫儀。,,火焰輻射頻譜分析方法也屬于紅外輻射測溫范圍。火焰頻譜分析試

9、驗裝置由光探頭、光電轉(zhuǎn)換器、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換和計算機組成。其中光電轉(zhuǎn)換（光電管）和放大濾波電路均安裝在光探頭內(nèi)。在濾波電路中濾除了信號的高頻噪聲?；鹧嫘盘栴l譜估計采用通用的周期圖窗函數(shù)快速FFT法。,,火焰顏色，由可見光波長段的火焰發(fā)光所決定。碳氫化合物火焰的發(fā)光光譜，由燃燒中間產(chǎn)物如CH、C2中間基的非連續(xù)光譜、CO分子與O原子再結合反應所產(chǎn)生的連續(xù)光譜、作為固體的炭黑粒子所發(fā)射的連續(xù)光譜等組成。,,對火焰顏色的定量計量，可采

10、用CIE（國際照明委員會）定義的XYZ表色系統(tǒng)的表色方法。,第二節(jié) 聲學方法,一、聲波法測溫原理 聲波傳播時間和傳播路徑上的氣體溫度（假設為均勻溫度分布）的關系式為：,,,,,二、聲波溫度測量在燃燒診斷中的應用二維聲波溫度監(jiān)測在燃燒重油的試驗爐上進行應用，檢測信號經(jīng)過CT重建，得到的溫度測量結果與抽氣熱電偶測量結果進行對比，誤差在10%以內(nèi)。聲波傳播路徑及試驗結果如圖12-13所示。,第三節(jié) 數(shù)字圖像處理方法,數(shù)字圖像測量火焰溫度主