PDF《CO2 高温光谱参数测量系统设计与实验》

2073 K based on absorption spectroscopy has been developed for the measurement of spectroscop- ic parameters of the R( 50e) line at

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1 of CO2 . Many high temperature survey spectra of the CO2 R ( 50e) line were recorded at

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1 873 K and many pressures through the system. Through background subtraction,baseline fitting,time- frequency conversion,multi- line combination and nonlinear least squares fitting,and other data processing based on the CO2 R( 50e) survey spectra,

3 期 陈玖英 等: CO2 高温光谱参数测量系统设计与实验 intensity,self- broadening full- width and temperature- dependence exponent at

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1 873 K were ob- tained. The uncertainty of line strength is less than 1. 5% ,the uncertainty of self- broadening full- width is less than 4. 5% . These parameters are supplement and improvement to the existing database. They are helpful for the detection of CO2 concentration in combustion diagnosis to ensure the accurate inver- sion of CO2 concentration in the combustion process. Key words: tunable diode laser absorption spectroscopy ( TDLAS) ,high- temperature spectrum,intensi- ty,self- broadening full- width,temperature- dependence exponent PACS: 42. 62. Fi, 33. 20. Ea, 42. 62. - b 引言 在碳氢燃料燃烧中, H2 O, CO2 和CO 等作为主 要燃烧产物, 其组分浓度对评价诸如燃烧程度、 燃烧 效率和热释放量等参量有重要作用 [1,

2 ] . CO2 和CO 被称为燃烧效率指示性气体, 燃烧流场中 CO2 的精 确测量对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状 态诊断等都具有重要意义 [3,

4 ] . 可调谐半导体激光 吸收光谱( Tunable Diode Laser Absorption Spectros- copy, 简称 TDLAS) 技术是一种非侵入式激光测量技 术, 具有较强的环境适应性, 可以实现实时、 在线、 快 速的温度、 组分浓度 [5 ] 和流速等多参数精确测量, 而且不会对流场产生干扰, 适合于燃烧流场的监 测[6 ] . 但燃烧过程的内在复杂性和多变性, 给精确 测量带来了巨大的挑战. 高温下由于分子能级粒子数布局发生变化, 加 上高振转量子数跃迁的受激吸收、 受激发射以及自 发辐射不再可以忽略, 光谱特性显得更加复杂, 提取 目标光谱信息也更加困难. 而TDLAS 技术通常用标 准光谱数据库提供的光谱参数来反演气体信息, 所 以光谱参数的准确可靠性直接决定了对燃烧过程 CO2 浓度测量的精度和准度. 室温下

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1 波段CO2 的光谱参数已经有很深入的研究[7-

9 ] , 专门用来研究大气分子的低温光谱参数的可 控温低温吸收池装置也有单位研制 [10 ] , 但高温下的 光谱参数数据主要来自理论计算, 高温数据库 HI- TEMP[11 ] 中的数据是通过温度校正、 插值外推等办 法得到的, HITRAN[12 ] 和HITEMP 数据库中 CO2 光 谱参数除少部分线强不确定度在 10% ~ 20% 之间 外, 大部分参数的不确定度 >

20%[13 ] . 若只用现有 标准数据库给出的光谱参数难以满足燃烧过程中 TDLAS 测量的实际应用需求. 因此, 实验研究高温 气体光谱参数显得尤为迫切, 近几年本课题组开展 了高温光谱参数实验研究, 测得了 CO2 中高温光谱 参数 [14 ] 与CO2 - CO 互展宽系数 [15 ] 等. 本文在课题组 的前期基础上, 设计了一套高温气体光谱参数测量 系统, 并利用该系统首次通过实验测得了高温

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1 873 K 下CO2 R( 50e) 吸收线的线强、 自加宽系 数及温度系数, 并将这些结果与数据库 HITRAN 和HITEMP 进行了比较.