시선 효과 보정을 통한 중적외선 레이저 흡수 분광법 기반 역류 확산화염 온도 측정 방법

WAN Tao ,  

LU Shengyao ,  

MA Liuhao ,  

SUN Bowen ,  

HUANG Yitao ,  

WANG Yu ,  

摘要

정확한 역류 확산화염 온도 측정은 고신뢰성 연소 화학 반응 메커니즘 구축, 오염물 생성 메커니즘 규명 및 고효율 청정 연소 기술 개발에 있어 중요한 이론적 지침과 공학적 응용 가치를 갖는다. 레이저 흡수 분광기술(Laser Absorption Spectroscopy, LAS)은 널리 사용되는 비접촉식 온도 측정 수단으로 최근 많은 관심을 받고 있다. 그러나 흡수 경로상의 열역학적 및 화학적 매개변수의 불균일 분포로 인해, 시선(Line-of-Sight, LOS) 적분 기반 전통적 측정법은 화염 온도 정보를 얻을 때 큰 불확실성을 가지며, 측정의 정확성과 신뢰성에 영향을 미친다. 전통적인 단층 촬영 복원법과 다중 스펙트럼 라인 프로파일 피팅 기술이 화염 중심부의 온도 정보를 일정 부분 복원할 수 있지만, 이들 방법은 구현이 복잡하고 계산 시간이 많이 소요되어 고신뢰성 진단 요구를 충족하기 어렵다. 본 논문에서는 시선 효과를 보정한 중적외선 레이저 흡수 분광법 온도 측정 방법을 제안하였으며, 유체 역학 계산(Computational Fluid Dynamics, CFD)과 스펙트럼 수치 시뮬레이션을 통해 다양한 화염 위치의 불균일성이 LOS 온도 측정 결과에 미치는 편향 영향을 정량화하여 최종적으로 LOS 측정 보정을 실현하였다. 이 방법을 검증하기 위해 H2O 분자의 2.5 μm 부근 강흡수 스펙트럼선을 기반으로 체계적인 LOS 온도 측정 실험을 수행하였고, 단층 촬영 복원 결과 및 상세 화학 반응 메커니즘이 결합된 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 실험 결과는 제안한 온도 보정 방법이 다양한 연료 연소 역류 확산화염 LOS 온도 측정 결과의 신뢰성을 현저히 향상시킴을 보여주었으며, 단층 촬영 실험 및 CFD 결과와 비교했을 때 상대적 결과 차이가 보정 전 10%~20%에서 5% 이내로 감소하였고, 대부분 측정 지점에서 2% 미만이었다. 본 논문에서 제안한 온도 보정 방법은 LOS 측정 방법의 신뢰성을 크게 향상시키며, 동시에 시간이 많이 소요되는 기계식 단층 촬영 스캔 단계도 생략하여 역류 확산화염 온도의 빠르고 정확한 측정을 위한 효과적인 해결책을 제공한다.

关键词

시선 효과;중적외선 레이저 흡수 분광기술;온도 분포;온도 보정

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