燃燒理論與基礎(chǔ)12第十二章燃燒診斷技術(shù).ppt

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1、燃燒理論與技術(shù)第十二章燃燒診斷技術(shù)第一節(jié)光學(xué)方法激光測量技術(shù)、全息干涉測量技術(shù)、紅外輻射及顏色定量測量技術(shù)和基于CCD的三基色測量技術(shù)。一、激光測量技術(shù)激光的特點(diǎn)激光測量技術(shù)可分為三種方法：激光誘導(dǎo)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）。1、激光誘導(dǎo)熒光法（LIF）LIF通過高能量的脈沖激光器激發(fā)標(biāo)志分子的熒光，應(yīng)用強(qiáng)度開啟CCD相機(jī)，通過適當(dāng)選擇標(biāo)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(guān)標(biāo)志分子濃度的定性測量和隨時(shí)間變化的擾動，來研究燃燒過程。在實(shí)際測量時(shí)，LIF圖像所能感受的燃燒參數(shù)包括溫度、組

2、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(jì)算其它量。熒光測溫技術(shù)具有測溫范圍寬、測量精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)。必須解決材料和耦合問題。采用LIF技術(shù)是獲取被激激光照射的粒子的誘發(fā)熒光，對實(shí)驗(yàn)條件要求較高，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)較復(fù)雜。2、自發(fā)（線性）拉曼散射法（SRS）拉曼散射被證明有可能是唯一一種可以同時(shí)測量燃燒系統(tǒng)氣體種類（N2、O2、CO2、H2O、CO、H2、CH4）和溫度的光學(xué)診斷技術(shù)。激光拉曼散射診斷技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是具有很高的空間和時(shí)間分辨率。因此，自發(fā)拉曼散射技術(shù)目前已廣泛用于“清潔”火焰的燃燒研究中。3、相干反斯托克斯拉曼散射光譜

3、法（CARS）CARS法測量原理為：當(dāng)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(diǎn)，入射到被測介質(zhì)中時(shí)，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(xué)中的相位匹配條件，那么ωR頻率的光會極大地增強(qiáng)。用這一信號就可以對燃燒組分成分進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)迭代的最小二乘法計(jì)算程序，還需要具備相當(dāng)

4、的計(jì)算能力，這就是CARS法。與自發(fā)拉曼散射不同，同一時(shí)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(shí)測量多組分，可用多色CARS技術(shù)。這時(shí)CARS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(dú)的相位匹配。在激光技術(shù)中，CARS是唯一可用于實(shí)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(shù)。二、全息干涉測量技術(shù)全息術(shù)的原理是“干涉記錄、衍射重現(xiàn)”，其最成功、最廣泛的應(yīng)用之一是在干涉計(jì)量方面。按記錄方式不同，可分為雙曝光全息干涉法、實(shí)時(shí)全息干涉法、時(shí)間平均全息干涉法（連續(xù)曝光法）、雙波

5、長全息干涉法、多次曝光全息干涉法、波前錯(cuò)位全息干涉法及多通道全息干涉法等。最為常用的是雙曝光法和實(shí)時(shí)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(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)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(gè)物光波。第一次曝光時(shí)物場是均勻的，即沒有待測物場；第二次曝光時(shí)物光穿過待測物場。實(shí)時(shí)全息干涉法：首先記錄一張位相物體未變化時(shí)物光波標(biāo)準(zhǔn)波面的全息圖。經(jīng)顯影、定影處理后，將該全息圖準(zhǔn)確復(fù)位于光路中的原來位置。然后，用位

6、相物體變化后的被測試物光與參考光同時(shí)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(shí)時(shí)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(kuò)束后用來照明被攝物體，此稱物體光（O光）；另一束光經(jīng)擴(kuò)束直接照射到高分辨率的全息底片上，此稱參考光（R光）。當(dāng)來自物體的散射光即物體光在全息底片上與參考光相遇就進(jìn)行位相比較，其結(jié)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

7、色定量測量技術(shù)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?；鹧孑椛漕l譜分析方法也屬于紅外輻射測溫范圍?；鹧骖l譜分析試驗(yàn)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(jì)算機(jī)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。火焰信號頻譜估計(jì)采用通用的周期圖窗函數(shù)快速FFT法?；鹧骖伾?，由可見光波長段的火焰發(fā)光所決定。碳?xì)浠衔锘鹧娴陌l(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、C

8、O分子與O原子再結(jié)合反應(yīng)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