将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于高温气体浓度在线检测, 谱线参数的准确性非常重要。 为利用红外波段进行燃烧生成H2O的浓度在线测量, 需要实验校准H2O的谱线参数, 尤其是Ar加宽系数, 该系数对燃烧反应速率测量和机理验证至关重要。 采用半导体激光器作为光源, 结合实验室搭建的谱线参数测量系统, 采集了1.39 μm波段附近H2O的4条吸收谱线信号, 获得了谱线线强、 自加宽系数和N2加宽系数, 与HITRAN数据库和文献结果进行了对比, 均吻合较好。 首次系统地获得了该波段谱线的Ar加宽系数。 在谱线参数确定基础上, 获得了在反射激波高温条件下H2/O2/Ar燃烧生成H2O的浓度随时间的演变曲线, 验证了相应燃烧动力学机理。 结果为利用该波段进行含氢燃料燃烧过程H2O浓度测量及相关高温燃烧动力学研究提供了可靠的实验依据。

建立了碳氢燃料在反射激波作用下高温裂解碳烟生成的检测系统, 利用激光消光法测量了甲苯/氩气在高温条件下裂解生成碳烟的产率。 实验条件: 甲苯摩尔浓度0.25%和0.5%, 压力约2和4 atm, 温度1 630～2 273 K。 获得了碳烟产率随温度、 压力和燃料浓度的变化规律。 碳烟产率随温度变化呈高斯分布, 随着压力或浓度的增大, 碳烟产率增大, 碳烟产率最大达55%。 产率的峰值温度随压力变化不大, 但甲苯摩尔浓度从0.25%增大到0.5%时, 峰值温度从1 852变为1 921 K。 对比了压力为4 atm, 燃料摩尔浓度为0.5%的甲基环己烷和甲苯的碳烟产率, 甲基环己烷裂解碳烟产率峰值对应的温度为2 045 K, 比甲苯约高135 K, 但其最大碳烟产率仅有甲苯的1/8。 结果为研究发动机内碳烟颗粒物排放及碳烟形成机理提供了实验依据。

采用三组单色仪探测系统, 测量了甲基环己烷在高温反射激波作用下瞬态燃烧反应过程中三种激发态自由基OH*, CH*和C*2的特征光辐射, 得到了激发态自由基时间历程和光辐射相对强度随温度的变化规律。 反射激波温度1 200～1 700 K, 激波压力1.5 atm, 甲基环己烷摩尔分数0.1%, 当量比1.0。 在点火燃烧初始阶段三种自由基几乎同时产生, 自由基持续时间随着温度的升高而变短。 相同温度下CH*和OH*自由基持续时间大于C*2自由基, 在1 400 K以下C*2自由基发光消失。 OH*和CH*自由基发光强度在T<1 400 K时对温度变化不敏感, 而在T>1 400 K时CH*自由基峰值随温度快速增长, C*2和OH*峰值随温度增大比较平缓。 将实验结果和化学反应机理模拟结果进行了对比, 实验获得的OH*自由基时间历程在低温时和机理预测结果吻合较好, 但在高温时有一定差异。 CH*自由基时间历程在高温与机理结果吻合较好, 在低温时机理预测结果CH*自由基持续时间要长于实验结果。 实验测得的结果为含激发态物种化学反应动力学机理的验证和优化提供了依据。