中红外层析吸收光谱技术应用于甲烷掺氨层流预混火焰温度测量

氨(NH3)是一种代表性的零碳燃料,其完全燃烧产物为水(H_(2)O(g))和氮气。由于其独特的零碳排放优势,近年来,NH3已在热力锅炉、内燃机和工业窑炉中实现高比例掺烧的减排应用。由于火焰温度与燃烧效率和污染物生成密切相关,因此亟须精准的实验数据以实现对燃烧过程的主动控制。本文开发了基于中红外层析吸收光谱技术的测量系统,通过跃迁谱线分析,优选了H_(2)O在基频谱带(v3)内2482 nm附近的吸收谱线开展吸收光谱测量。采用多个Voigt线型函数实现H_(2)O光谱重叠吸收特征的精确拟合,并结合阿贝尔逆变换和正则化技术实现了不同掺氨比燃烧工况下火焰温度的免标定、定量测量。实验结果表明纯氨燃料和甲烷/氨气混合燃料的火焰面位置位于燃烧器上方高度的0.5~2 mm之间,当体积掺氨比从20%向100%增大时,火焰面逐渐远离燃烧器,同时火焰最高温度大约从1600 K上升至2000 K。本文开发的测量方法与系统,不仅能捕捉到层流预混火焰沿着轴向和径向的非均匀温度分布,还能分辨出不同燃烧工况下的火焰温度差异,特别适合零碳氨燃料火焰温度测量。

基于吸收光谱的火焰温度与CO_(2)浓度场协同重建

火焰温度场及组分浓度场的实时测量对燃料能量的有效利用以及控制燃烧产物具有重要作用,本文基于层析吸收光谱技术实现了对不同模态火焰温度场和CO_(2)组分浓度场的二维重建.构建了火焰温度场和CO_(2)浓度场协同重建模型,分别采用代数迭代ART(algebra reconstruction technique)算法与引入正则化技术的CGLS(conjugate gradient least sqaure)算法对火焰的温度场和CO_(2)组分浓度场进行了重建,对两种算法的重建精度、效率和抗噪性进行了研究.通过混合多种群粒子群随机寻优算法,对固定光线数目下最优测量精度的光线布置进行了求解.

基于层次化离散与残差网络的可调谐二极管激光吸收光谱层析成像

快速、准确、适用性强的重建算法是可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)的核心研究内容之一。现有算法一般取位于燃烧场中心的某局部区域作为感兴趣区域(RoI),利用整个燃烧场对激光束的光谱吸收值重建RoI这一局部区域内的气体参数分布。重建结果与实际情况存在一定偏差。针对这一问题,该文研究燃烧场的空间层次化离散方法,进而为TDLAT系统设计一种基于残差网络(ResNet)的层次化温度层析成像方案(HTT-ResNet)。该方案能够根据有限数量的光谱吸收测量值完整重建整个燃烧场的温度图像,并对计算资源与燃烧场不同空间区域的成像分辨率进行优化配置,着重实现RoI内温度分布的高空间分辨率成像。利用随机多模态高斯火焰模型与实际TDLAT系统测量数据进行的实验均表明,HTT-ResNet重建的温度图像能够准确定位火焰的空间位置、清晰描述燃烧场的温度分布。

基于激光吸收光谱层析技术的超燃冲压发动机氢气引导煤油燃烧过程分析

为了解超燃冲压发动机引导点火过程中燃烧流场截面参数分布特征和传播规律,利用激光吸收光谱技术对氢气引导煤油燃烧过程进行测量和分析。在约200ms的引导燃烧过程中,激光吸收光谱层析测量系统对流场截面温度二维分布进行了全程的测量,时间分辨率为1ms。对于测量结果,重点分析了氢气加注、上壁面煤油加注和下壁面煤油加注三个关键阶段的流场变化规律。分析结果表明,在本论文试验所采用的引导点火方式中,火焰在上下壁面之间的传播速度约为15m/s,当煤油燃烧时,流场截面具有较强的非均匀性,高温区域集中在煤油喷注口附近,最高温度达到2500K以上。研究表明,激光吸收光谱层析技术可以为超燃冲压发动机点火过程研究提供丰富且有效的流场截面参数分布信息。

基于超限化的吸收层析反演算法研究

针对吸收光谱层析(tomographic absorption spectroscopy,TAS)中的反问题,利用超限化(superiorization)在重建中引入平滑性、稀疏性等先验条件,对现有的层析反演算法提出了改进.通过计算机仿真,对代数重建(algebraic reconstruction technique,ART)算法、最大似然期望最大化(maximum likelihod expectation maximization,MLEM)算法的超限化在TAS反演中的应用进行了研究.在仿真中,对比了不同二维火焰场、不同目标约束函数下超限化算法的效果,研究了噪声对重建的影响以及超限化算法在不同条件下的计算效率.研究结果证实了超限化对于层析反演算法在计算精度、收敛速度等方面的提升效果.

STUDY ON THE ADSORPTION BEHAVIOR OF Pb(Ⅱ) ON NANOMETER ATTAPULGITE BY FAAS

The adsorptive behavior of nanometer attapulgite modified by acid to Pb（Ⅱ） was investigated by flame atomic absorption spectrometry （FAAS） in this paper. The mainly effect parameters ott the adsorptive efficiency of Pb（Ⅱ）, such as the acidity of the solution, the amount of attapulgite, oscillation time and static time were studied. Also the influencing factors of the recovery efficiency of Pb（Ⅱ）, including the concentration of hydrochloric acid, the volume of hydrochloric acid, oscillation time and static time were investigated. The adsorptive capacity of Pb（Ⅱ） on nanometer attapulgite was 26.5mg/g and the adsorptive capacity of first cycle and second cycle regenerated nanometer attapulgite were 26.5mg/g and 26.3mg/g, respectively. The results obtained indicated that the regenerated effect was good.