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Influence of non-uniform distributions of thermochemical parameters on measurement of sooting flame temperature by two-color laser absorption spectroscopy
- Optics and Precision Engineering Vol. 31, Issue 19, Pages: 2799-2808(2023)
- 作者机构：
1.武汉理工大学 汽车工程学院，湖北 武汉 430070
2.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室， 吉林 长春 130033
- 作者简介：
- 基金信息：
DOI：10.37188/OPE.20233119.2799
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LIU Ningbo, ZHAO Yijia, LU Shengyao, et al. Influence of non-uniform distributions of thermochemical parameters on measurement of sooting flame temperature by two-color laser absorption spectroscopy. [J]. Optics and Precision Engineering 31(19):2799-2808(2023)
LIU Ningbo, ZHAO Yijia, LU Shengyao, et al. Influence of non-uniform distributions of thermochemical parameters on measurement of sooting flame temperature by two-color laser absorption spectroscopy. [J]. Optics and Precision Engineering 31(19):2799-2808(2023) DOI： 10.37188/OPE.20233119.2799.
摘要
针对视线效应（Line-Of-Sight，LOS）的双色激光吸收光谱（Laser Absorption Spectroscopy，LAS）火焰测温技术，研究了热化学参数的非均匀分布对碳烟火焰温度测量的影响。优先选出水汽（H,2,O）在1.3~3.0 μm内的6对典型吸收谱线，针对氮气伴流碳烟火焰和空气伴流碳烟火焰，利用高保真光谱数值模拟仿真系统研究了非均匀温度和浓度分布对所选6对谱线的测温结果的影响，得到了氮气伴流碳烟火焰和空气伴流碳烟火焰的非均匀性条件。对于氮气伴流碳烟火焰，仿真得到的谱线对4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1,和5 553.86 cm,-,1,/5 554.18 cm,-,1,的最大相对温度偏差分别是4.72%（最小）和12.40%（最大）。空气伴流碳烟火焰的谱线对相对温度偏差有正有负，且其最大正负值均出现在,δ,/,L,=80%的非均匀条件下，谱线对5 553.86 cm,-,1,/5 554.18 cm,-,1,相对温差的最大正负值分别为14.43%和,-,2.51%；谱线对4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1,相对温差的最大正负值分别为3.22%和,-,13.21%。最后，通过典型谱线对4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1,的吸收光谱进行了实验验证。实验结果表明：在两种典型碳烟火焰中，谱线对4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1,对热化学参数的非均匀性不敏感，可以最大程度上减弱热化学参数非均匀分布对其测温结果的影响。
Abstract
The influence of non-uniform distributions of thermochemical parameters on the sooting flame measurements was comprehensively studied via the line-of-sight （LOS） dual-color laser absorption spectroscopy （LAS） in flame thermometry. Six representative absorption line pairs of water vapor （H,2,O） within the wavelength range of 1.3-3.0 μm were selected as optimal for the investigations. High-fidelity spectral simulations were performed to investigate the influence of the non-uniform temperature and concentration distributions on sooting flames with nitrogen and air co-flows. The non-uniformity conditions for sooting flames with nitrogen co-flow and sooting flames with air co-flow were abtained. For sooting flames with nitrogen co-flow， the maximum temperature deviations of the spectral line pairs （4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1, and 5 553.86 cm,-,1,/5 554.18 cm,-,1,） were observed to be the smallest （i.e.， 4.72%） and largest （i.e.， 12.40%）， respectively. For sooting flames with air co-flow， the temperature deviations exhibited positive and negative values， with the maximum positive and negative values observed under the non-uniformity condition of ,δ,/,L,=80%. In particular， the maximum positive and negative temperature deviations were 14.43% and ,-,2.51% for the line pair 5 553.86 cm,-,1,/5 554.18 cm,-,1,， and 3.22% and ,-,13.21% for the spectral line pair 4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1,. The numerical simulation results were subsequently compared with experimental measurements using the line pair near 4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1,. The experimental results indicated that， in two typical sooting flames， the line pair 4 029.52 cm,-,1,/4 030.73 cm,-,1, can effectively mitigate the influence of non-uniform distributions of thermochemical parameters on the temperature measurement.
关键词
激光吸收光谱技术热化学参数非均匀分布碳烟火焰温度测量
Keywords
laser absorption spectroscopynon-uniform distribution of thermochemical parameterssooting flametemperature measurement
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