Line-of-sight effect-corrected mid-infrared laser absorption spectroscopy for temperature measurement in counterflow diffusion flames

WAN Tao ,  

LU Shengyao ,  

MA Liuhao ,  

SUN Bowen ,  

HUANG Yitao ,  

WANG Yu ,  

摘要

精密な測定は高精度な燃焼化学反応メカニズムの構築、汚染物生成メカニズムの明らかにし、効率的なクリーン燃焼技術の開発に重要な理論的な指導意義と工学的応用価値を持っています。レーザー吸収スペクトル技術(Laser Absorption Spectroscopy、LAS)は、非接触式の温度測定手段として広く使用されており、近年、広範な注目を浴びています。しかしながら、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な分布により、伝統的な視線(LOS)積分に基づく測定手法では、炎の温度情報を取得する際に大きな不確実性があり、その測定の精度と信頼性が影響を受けます。伝統的なトモグラフ再構築方法およびマルチラインプロファイルフィッティング技術は、ある程度炎の中心温度情報を回復できますが、これらの方法は実装過程が複雑で計算時間がかかり、高精度のテスト診断の要求には対応できません。本稿では、中赤外レーザー吸収スペクトル温度測定方法を提案し、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によって異なる炎位置の不均一性に対するLOS温度測定結果の偏差影響を定量化し、最終的にLOS温度測定の修正を達成する方法を提案しています。この方法を検証するために、2.5μm付近のH2O分子吸収スペクトルに基づいてシステムLOS温度測定実験を実施し、トモグラフ再構築測定結果および詳細な化学反応メカニズムのシミュレーション結果と比較しました。実験結果は、本稿で提案された温度修正方法が異なる燃料の燃焼の衝突拡散炎のLOS温度測定結果の信頼性を明らかに向上させ、修正前の10%~20%から5%未満に相対結果の差異が減少し、ほとんどの測定位置が2%未満であることを示しています。本稿で提案された温度修正方法は、LOS測定方法の信頼性を大幅に向上させると同時に、時間のかかる機械式トモグラフスキャンステップを省略し、衝突拡散炎温度の迅速で正確な測定に有効な解決策を提供します。

关键词

line of sight;mid-infrared tomographic absorption spectroscopy;temperature distributions;temperature correction

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