視線効果補正による中赤外レーザー吸収分光を用いた逆流拡散火炎温度測定法

WAN Tao ,  

LU Shengyao ,  

MA Liuhao ,  

SUN Bowen ,  

HUANG Yitao ,  

WANG Yu ,  

摘要

逆流拡散火炎の温度を正確に測定することは、高精度燃焼化学反応メカニズムの構築、汚染物質生成機構の解明、および高効率クリーン燃焼技術の開発において重要な理論的指針と工学的応用価値を持つ。レーザー吸収分光技術(Laser Absorption Spectroscopy、LAS)は、広く用いられる非接触式温度測定手段として近年注目を集めている。しかし、吸収経路上の熱力学的および化学的パラメータの不均一分布により、視線(Line-of-Sight、LOS)積分に基づく従来の測定方法は火炎温度情報の取得に大きな不確実性を抱え、その測定の精度と信頼性に影響を及ぼしている。従来のトモグラフィー再構成法や多スペクトルラインプロファイルフィッティング技術は火炎中心部の温度情報をある程度回復できるが、これらの方法は通常、実装が複雑で計算コストが高く、高精度診断の要件を満たすことが困難である。本稿では、視線効果を補正した中赤外レーザー吸収分光による温度測定法を提案し、計算流体力学(Computational Fluid Dynamics、CFD)およびスペクトル数値シミュレーションを用いて異なる火炎位置の不均一性がLOS測温結果に与える偏差影響を定量化し、最終的にLOS測温補正を実現した。本手法の検証のため、H2O分子の2.5μm付近の強吸収スペクトルラインを用いた系統的なLOS測温実験を行い、トモグラフィー再構成測定結果および詳細化学反応メカニズムを連成したシミュレーション結果と比較した。実験結果は、本稿で提案した温度補正法が異なる燃料燃焼逆流拡散火炎のLOS測温結果の信頼性を大幅に向上させ、トモグラフィー再構成実験およびCFD結果と比較した相対的結果差が補正前の10%~20%から5%以内に低減し、大部分の測定位置で2%以下であったことを示した。本稿で提案した温度補正法はLOS測定法の信頼性を大幅に向上させるとともに、時間を要する機械式トモグラフィースキャンの工程を省略し、逆流拡散火炎温度の迅速かつ正確な測定のための効果的な解決策を提供する。

关键词

視線効果;中赤外レーザー吸収分光技術;温度分布;温度補正

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