乙腈广泛应用于医药、 化工等领域, 而乙腈属于易燃易爆化学品, 其引发的火灾事故具有极大的危害。 研究乙腈燃烧的温度场与浓度场、 火焰辐射光谱以探究其火灾污染特性具有重要实用价值。 首先采用平面激光诱导荧光技术（PLIF）与Fluent数值模拟方法, 获取了5 cm尺度乙腈池火燃烧产物NO在20、 40、 60和80 s时刻的空间浓度值, 并结合CFD与FDS仿真模拟获取了不同时刻下乙腈燃烧温度场与浓度场信息。 其次, 采用所获取的乙腈火焰温度场和浓度场数据（将火焰划分为6个热力学平衡区域）, 并基于HITRAN数据库内高温气体分子吸收系数与火焰总体辐射传输方程构建了乙腈火焰光谱辐射模型。 再次, 将所得乙腈浓度场与温度场数据代入火焰光谱辐射模型, 模型模拟计算结果与相同条件下乙腈火焰光谱实测数据进行对比, 以验证模型精度, 然后再与Radcal模型进行精度对比。 最后, 利用自行构建的火焰光谱辐射模型对燃烧特征污染产物NO进行了浓度反演。 结果表明: （1）5 cm尺度乙腈池火火焰温度范围为400～1 000 K, 在池火上方60～80 mm区域温度较高, 最高温度为945 K。 （2）在20、 40、 60和80 s时刻下5 cm乙腈池火燃烧产物NO的体积分数为0.005%～0.025 5%, H2O的体积分数为0.034 5%～0.062 5%, CO2的体积分数为0.055 5%～0.085 5%。 （3）自行构建了乙腈火焰光谱辐射模型, 模型模拟值与实测值对比得出, 燃烧产物中CO2特征峰处准确度最小为86.8%, 最大为88.7%; NO特征峰处准确度最小为79.6%, 最大为84.9%; H2O特征峰处准确度最小为84.6%, 最大为89.1%。 与Radcal模型计算的光谱辐射值进行对比, 自行构建的模型计算精度提升约10%。 （4）在5.62～5.66 μm主导波段, 乙腈燃烧特征产物NO在20、 40、 60和80 s时刻下的浓度反演精度分别为76.9%、 78.5%、 94.7%和81.3%。 此研究可为探测大尺度乙腈类化学品火灾的燃烧场信息以及遥感定量反演燃烧污染产物浓度提供基础与参考。

为了实现快速、准确的高温测量，在多光谱辐射理论的基础上，提出一种基于弹光调制光谱的多光谱温度测量方法。对基于弹光调制的多光谱测温装置系统结构进行了详细介绍，并且采用MATLAB软件对温度测量方法进行仿真分析，最后进行实验验证。实验中采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)算法将高温物体辐射产生的弹光调制傅里叶变换干涉信号进行复原，在对探测器进行光谱响应函数标定的基础上，根据响应函数进行修正得到实际光谱复原图，再利用多光谱温度反演算法得到黑体温度。结果表明，所提方法的温度计算误差为5%左右，并通过标准黑体辐射源进行实验，对温度测量进行了验证。

了解激光焊接光致等离子体在多个波长下的光谱辐射场三维分布能够帮助研究人员获取等离子体的温度场分布、电子密度分布以及其他一些物理量的三维分布, 对于改进激光焊接工艺有着重要的意义。 了解等离子体光谱辐射能量传输到探测器靶面这一物理过程是重建激光焊接等离子体光谱辐射场的前提。 提出一种基于光学成像的等离子体光谱辐射能量传输模型: 基于辐射度量学, 研究等离子体光谱辐射发出到被探测器镜头接收这一过程, 推导等离子体中某一点被镜头接收到的光谱辐射通量占其向周围空间所发出总光谱辐射通量的比例系数ω1, 建立起光谱辐射传递模型; 基于光学成像原理, 研究光谱辐射由等离子体发出通过镜头到达探测器靶面这一成像过程, 推导等离子体中某一点被像素所接收到的光谱辐射通量占其被镜头所接收到的辐射通量的比例系数ω2, 建立起光学成像模型。 利用比例系数ω1和ω2得到等离子体中某一点被探测器某像素接收到的光谱辐射比例系数ω=ω1ω2, 从而建立起等离子体光谱辐射传输模型。 通过仿真实验, 考察利用所提模型对处在1 000～3 000 ℃之间呈对称温度分布与非对称温度分布的激光焊接等离子体的光谱辐射场重建效果。 结果表明, 对于温度呈对称分布的等离子体在400, 500, 600和700 nm四个波长下的光谱辐射场, 利用该模型进行反演的重建精度分别为5.39%, 6.5%, 7.25%和6.11%; 对于非对称温度分布等离子体的光谱辐射场, 进行反演的重建精度分别为9.34%, 10.07%, 10.68%和9.72%。 仿真实验结果表明, 利用该模型能够对激光焊接等离子体在400～700 nm之间各波长下的光谱辐射场进行较好的重建。 与其他模型对比, 该模型具有较好的重建精度, 能够满足工业应用领域的需求。

火焰光谱检测技术应用于气化炉有效监控, 能实时反映气化炉工况, 保障气化炉稳定运行。 采用实验室规模的气流床撞击水煤浆气化装置, 利用光纤光谱仪通过对气化炉不同部位进行探测, 研究了水煤浆气化火焰在距离撞击平面不同轴向位置L处的光谱辐射特性, 并利用不同自由基强度及分布对气化炉内各反应区进行表征, 为气化炉运行工况提供依据。 结果表明： 在300～800 nm范围内可检测到明显的OH*(306.7和309.8 nm), H*2(382 nm), CH*(314.5和387 nm), Na*(589 nm), Ar(671 nm)和K*(404, 768和770 nm)特征峰, 而各种粒子激发方式及分布方式不同, 可用于实现火焰宏观特征的表征。 从紫外至可见光区域。 水煤浆气化火焰中存在强烈的背景辐射, 主要包括颗粒在高温下产生的黑体辐射及CO*2受热激发产生的350～600 nm的连续旋转辐射, 强烈的背景辐射对自由基强度辐射测定形成干扰, 需通过计算扣除背景辐射。 利用检测到的各自由基强度分布可对气化火焰进行表征, OH*分布可表征火焰反应区域, 而CH*存在范围相对较窄, 仅存在于-10 cm光谱辐射 气流床气化炉 化学激发 热激发 燃烧诊断 Spectral radiation Entrained-flow gasifier Chemical excitation Thermal excitation Combustion diagnosis 

PDF全文 Full Text

光谱学与光谱分析

2020, 40(2): 465