1、燃燒過程是化學(xué)反應(yīng)和物理變化耦合的極其復(fù)雜的反應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)燃燒過程中的溫度、氣體組分濃度以及碳煙顆粒濃度等多種關(guān)鍵參數(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的在線監(jiān)測(cè)，以及對(duì)多種參數(shù)空間分布的同時(shí)測(cè)量與重建，對(duì)優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高能量利用效率等有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。此外，對(duì)燃燒過程中的多種關(guān)鍵參數(shù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)理解燃燒過程中的碳煙等污染物的生成機(jī)理也有著非常重要的幫助。在此背景之下，本文開展了火焰中氣固兩相多種參數(shù)同時(shí)測(cè)量以及燃燒場(chǎng)中多種參數(shù)空間分布重建的研

2、究，并且將新型的多參數(shù)同時(shí)測(cè)量方法應(yīng)用碳煙顆粒生成的相關(guān)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究中。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)研究過程中的分子吸收光譜技術(shù)的基本原理及各重要參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。對(duì)基于吸收光譜技術(shù)的不同測(cè)量方法的特點(diǎn)及其適用范圍進(jìn)行了討論，包括掃描波長(zhǎng)直接吸收測(cè)量方法、固定波長(zhǎng)直接吸收測(cè)量方法以及波長(zhǎng)調(diào)制測(cè)量方法等。此外，還詳細(xì)介紹了用于固體顆粒測(cè)量的Mie散射理論及其近似求解方法Rayleigh散射理論。⑵研究了對(duì)高溫環(huán)境下多種氣體的

3、溫度和濃度的同時(shí)測(cè)量。選擇位于4996cm-1附近的CO2吸收譜線作為本實(shí)驗(yàn)研究過程中高溫下CO2溫度和濃度同時(shí)測(cè)量的目標(biāo)譜線對(duì)。對(duì)吸收池內(nèi)不同溫度工況（873 K~1273 K）下不同CO2濃度（4％~10%）的CO2/N2混合氣體的溫度以及CO2濃度的進(jìn)行了同時(shí)在線測(cè)量，溫度值與設(shè)定溫度值相比，平均偏差為2.07%，峰值偏差為3.49%；測(cè)量得到CO2氣體濃度值與配比濃度值相比，平均偏差為2.25%，峰值偏差為4.75%。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)

4、室對(duì)不同燃燒工況下的乙烯/空氣預(yù)混火焰中的CO2濃度、溫度以及H2O濃度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到的溫度結(jié)果與熱電偶測(cè)量結(jié)果十分接近，兩者平均偏差為0.6%，峰值偏差為3.9%；測(cè)量得到的CO2和H2O度值與理論計(jì)算值吻合良好。測(cè)量結(jié)果表明該波長(zhǎng)位置處的CO2吸收譜線非常適用于高溫環(huán)境下濃度和溫度的同時(shí)測(cè)量。⑶提出了在同時(shí)考慮氣體吸收作用、碳煙顆粒吸收作用以及火焰自身輻射的情況下，采用單臺(tái)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器同時(shí)測(cè)量并分離氣體吸收系數(shù)和碳煙顆粒

5、吸收系數(shù)的新方法，并且詳細(xì)介紹了理論推導(dǎo)和計(jì)算過程。對(duì)不同預(yù)混氣體流速和不同燃燒當(dāng)量比工況下的乙烯/空氣預(yù)混平面火焰中不同高度位置處的碳煙顆粒濃度、溫度以及 H2O濃度實(shí)現(xiàn)了同時(shí)在線監(jiān)測(cè)。溫度測(cè)量結(jié)果與熱電偶測(cè)量結(jié)果之間平均偏差小于3%，峰值偏差小于5%。碳煙顆粒濃度測(cè)量結(jié)果與其他研究學(xué)者的測(cè)量結(jié)果相吻合。H2O濃度測(cè)量的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相比，平均偏差為5%，峰值偏差小于10%。⑷在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建了擴(kuò)散火焰燃燒試驗(yàn)臺(tái)，利用自行設(shè)計(jì)并加工

6、制造的改進(jìn)型Wolfhard-Parker燃燒器，產(chǎn)生了穩(wěn)定燃燒的矩形乙烯/空氣擴(kuò)散火焰?；诒疚奶岢龅幕鹧嬷袣夤虄上喽鄥?shù)同時(shí)在線監(jiān)測(cè)的新方法，采用三臺(tái)中心工作波長(zhǎng)分別位于1398.3 nm、2001.6 nm以及2302 nm處的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，對(duì)擴(kuò)散火焰中溫度、碳煙濃度、H2O濃度、CO濃度以及CO2濃度進(jìn)行了同時(shí)測(cè)量。分析和討論了H2O和CO2對(duì)火焰中碳煙生成的影響。得出了H2O和CO2能夠抑制火焰中碳煙的生成，且抑制作用主

7、要是由于H2O和CO2的存在導(dǎo)致了火焰中OH濃度的升高，從而抑制了碳煙氣態(tài)前驅(qū)物PAHs的生成這一重要結(jié)論。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和得出的結(jié)論與其他研究學(xué)者基于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提出的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果相吻合，為碳煙生成機(jī)理的相關(guān)研究提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。⑸將火焰中多參數(shù)同時(shí)測(cè)量技術(shù)與層析成像技術(shù)相結(jié)合，對(duì)燃燒環(huán)境中火焰的溫度、H2O濃度以及碳煙顆粒濃度等多種參數(shù)的空間分布進(jìn)行同時(shí)重建。搭建了預(yù)混火焰燃燒試驗(yàn)臺(tái)，提出相關(guān)的重建模型，利用單臺(tái)可調(diào)諧半導(dǎo)體激