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《华南理工大学》 2017年
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LIBS应用于甲烷层流火焰空间分布特性研究

田照华  
【摘要】:目前社会生产生活各个领域最主要的动力来源及热力来源仍然是矿物燃料的燃烧,人类迫切需要对燃烧机理进行深化研究。应用燃烧诊断技术,发现和掌握其规律,是深化燃烧机理研究的主要方法。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)能够实现各元素组分同时测量,反映的光谱信息能够对检测对象提供很好的定性定量分析。激光脉冲聚焦后,在火焰中作用的区域较小且作用时间短,因此对火焰流场干扰也较小,借助精密的光学仪器能够实现对火焰的空间分辨测量。本文的工作就是将LIBS应用于甲烷层流本生灯火焰空间分布研究。首先从理论上分析论证了火焰当量比与特定元素谱线强度比存在线性关系,并实验验证了甲烷层流预混火焰中I_H/I_C、I_C/I_O、I_H/I_N、I_C/I_N四组谱线强度与初始混合气当量比成线性关系,并选取了I_H/I_O来对火焰不同高度上的当量比进行了定标测量。然后将LIBS应用于甲烷层流预混火焰空间分布特性研究:通过分析击穿阈值、等离子体能量与温度的关系,提出了一种利用等离子体能量来定性描述火焰温度空间分布的方法,简单地实现了火焰温度与光谱信息同步分析。利用等离子体能量和单谱线强度分布曲线,对甲烷层流预混火焰温度分布进行了定性分析,确定了预混火焰预混燃烧区、高温区的宽度和火焰前沿的位置。利用之前得到的当量比与H/O谱线强度比线性定标关系,得出了不同火焰不同高度上的当量比分布曲线。最后将LIBS应用于甲烷层流扩散火焰空间分布研究:通过同步测量扩散火焰中击穿阈值与等离子体能量空间分布情况,实验验证了扩散火焰中等离子体能量分布也可用来定性描述火焰温度分布。利用等离子体能量和H/O谱线强度比空间分布情况分析了扩散火焰温度和局部当量比空间分布情况,并对火焰前沿和第二燃烧区等火焰结构的位置和宽度进行了分析。通过选取特殊点的方式,得出了H/O谱线强度比与火焰局部当量比的线性关系式,并得出了火焰轴线上的当量比分布情况,拟合出了相关性很好的函数曲线,由此得出了更为精确地扩散火焰长度值。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN249

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