FTIR遥测固体推进剂燃烧温度

应用遥感FTIR对固体推进剂燃烧火焰的温度进行了研究。遥感FTIR光谱仪在光谱分辨率为4cm^-1时,连续收集燃烧火焰的发射光谱。分别利用分子基带转振光谱测温法,以及分子发射光谱最大强度谱线测温法,对燃烧温度进行了遥感实时测定。文中列出了两种方法测得的各时刻的火焰温度。结果表明。两种方法在测量快速、剧烈燃烧的火焰温度时,都是很可靠的方法,当火焰的燃烧比较稳定时,分子发射光谱最大强度谱线测温法更为简便、快速。     

遥感FTIR测定固体推进剂燃烧的红外光谱特性

应用高分辨率的Bruker EQUINOX55型遥感FTIR,对含有大量高氯酸铵和聚四氟乙烯的高红外活性的固体推进剂燃烧火焰的红外光谱特性进行了研究。设定遥感FTIR光谱仪的光谱分辨率为4 cm-1,连续实时地收集燃烧进行到0,9,18,27和36 s时火焰的红外发射光谱图。采用分子转振光谱测温法,实时测定了固体推进剂的燃烧温度,测得的温度分别为1 992.5,2 610.9,2 294.4,2 361.1和1 916.9 K,校正了仪器的响应函数,得到了固体推进剂燃烧火焰的绝对光谱能量分布图,以及在不同时刻燃烧产物HCl,HF,CO₂和CO的实时浓度。研究结果表明,遥感FTIR可以用于研究特种红外源的红外光谱特性,特别是用于军事上红外目标识辨和制导与反制导,以及研究和改进固体推进剂的配方,是一种很有潜力的技术。     

红外光谱遥测固体推进剂燃烧温度及有机化合物对其影响

本文用遥感FTIR光谱 ,测定了固体推进剂燃烧火焰在光谱范围为 4 5 0 0～ 70 0cm- 1 处的红外发射光谱 ,利用HCl分子转振基带 (3 4 6 μm)精细结构的P 分支光谱 ,准确测定了固体推进剂燃烧火焰温度 ,并对含有不同材料固体推进剂 ,如有机化合物对燃烧温度的影响 ,作了讨论。     

煤粉燃烧火焰辐射光谱实验研究

针对煤粉燃烧辐射光谱问题,利用光纤光谱仪对煤粉平面火焰炉实验装置煤粉燃烧火焰辐射光谱进行了测量,详细分析了煤粉辐射光谱特征,并基于普朗克辐射传热定律,通过对光谱仪波长响应特性的标定,得到火焰绝对辐射强度随波长的分布情况,进而利用最小二乘法获得火焰温度与辐射率参数,由此提出基于煤粉燃烧火焰辐射光谱测量的火焰参数测量方法。利用该方法对不同燃烧条件下煤粉燃烧参数进行测量,开展了不同燃烧参数下煤粉火焰辐射光谱实验研究,研究结果表明：煤粉燃烧火焰辐射在200～1 100 nm波段具有较强且连续的光谱特征,基于普朗克辐射定律与最小二乘法可实现煤粉燃烧火焰温度与辐射率的测量;煤粉燃烧火焰辐射光谱在590,766,769和779 nm附近可见明显的Na和K等碱金属痕量元素原子光谱发射谱线,并且这些原子谱线的出现与火焰温度有关;随着煤粉浓度的提高,虽然燃烧温度变化不大,但由于火焰辐射率的增加,造成辐射光谱强度的大幅提升。这对锅炉煤粉燃烧优化具有重要参考价值。     

被动式FTIR遥感掺纳米材料固体推进剂的燃烧火焰温度

应用被动式遥感FTIR,分别对掺入纳米级金属氧化物、掺入同种材料普通金属氧化物及无掺入物的固体推进剂的燃烧火焰温度进行了测量。固体推进剂的主要成分为硝化棉和硝化甘油。掺加物分别为6 nm CuO,56 nm Fe₂O₃,16 nm NiO粒子及相应的普通金属氧化物。FTIR仪器分辨率为1 cm-1。利用燃烧产物中H₂O分子在2.75 μm处的基带发射光谱精细结构,根据分子转振光谱测温法,计算出燃烧火焰温度。结果表明,掺有纳米级CuO,Fe₂O₃和NiO粒子的固体推进剂的燃烧火焰温度分别为3 089,3 193和3 183 K,此温度与掺入同种材料的普通金属氧化物和无掺入物的固体推进剂的燃烧火焰温度无明显差别。     

LIPF法对甲烷空气火焰温度及OH分布场的测量

 介绍了激光感生预分离荧光法(LIPF)的原理及一维与二维测量实验装置。利用可调谐KrF准分子激光器,在甲烷 空气火焰中测得了燃烧中间产物OH的系列荧光谱线及OH分子的二维荧光图象,对它的谱线结构进行了分析,并给出了燃烧火焰的一维温度值,测量的相对误差小于3%。二维荧光图象也定性表明燃烧火焰的OH分子密度分布和二维温度场等信息。     

乙腈池火燃烧场分析与特征产物浓度的定量反演研究

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 ...     

甲烷-空气预混V形火焰的CARS实验研究

本文将相干反斯托克斯(CARS)理论光谱计算和实验光谱分析的方法应用于预混V形火焰燃烧的温度测量实验,利用N2的Q支CARS谱线,使用单脉冲宽带方法获得了预混V形火焰的CARS信号光谱强度特性,测量了V形火焰水平方向和竖直方向上的温度分布特征,从中得出了火焰锋面的厚度,分析了火焰锋面的皱褶与摆动对CARS信号的影响。同时测量了不同燃料系数下V形火焰燃烧产物的温度,得出了温度随燃料系数的变化趋势,为进一步研究预混 V形火焰的结构提供了依据。     

燃烧型发烟剂红外光谱特性专家系统的研究

为了实现燃烧型抗红外发烟剂配方的快速筛选,文章在基于最小自由能法的烟火药燃烧产物预测模型的基础上,设计了燃烧产物推理机,建立了燃烧型发烟剂光谱特性专家系统,研究了利用专家系统进行发烟剂配方快速筛选的可行性。在用户输入发烟剂配方后,专家系统能够计算出发烟剂的燃烧产物及其含量,然后利用红外加谱技术,对各产物红外谱图进行加合,模拟出烟幕的红外谱图,进而利用面积积分法,预测出烟幕在3～5 μm和8～14 μm的遮蔽指数。文章使用FTIR光谱仪对一种HC型发烟剂进行了测试,结果表明,专家系统的计算产物与实际产物相吻合,遮蔽指数预测值与发烟剂的实际测试表现一致,为燃烧型发烟剂配方的快速筛选提供了一种新方法。     

基于TDLAS技术的煤油燃烧温度与组分分布检测

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术以其实时在线、高灵敏度、高分辨率等优势在燃烧诊断中发挥着越来越重要的作用。本文采用中心波长在1877 nm的近红外DFB激光器,首次采用波数分别为5329.050 cm~(-1)和5329.521 cm~(-1)的高温谱线对,分析了谱线参数特性,并利用直接吸收的方法首先在实验室平面火焰炉较稳定的燃烧工况条件下验证了所选谱线和方法的准确性,随后在模型燃烧室航空煤油燃烧环境中,对贫燃条件下不同燃烧工况的温度和水组分含量进行了多点分布式测量,获得燃烧室不同区域的温度和水含量变化规律。测量结果表明,沿着气流轴向方向,燃烧室温度和水含量逐渐降低,沿径向方向分布均匀;在回流火焰区内的温度和水量变化较为缓慢;从火焰区转换到燃气区,温度有明显的下降.     

CS2燃烧火焰光谱辐射模型的构建与特征污染产物浓度反演研究

CS₂在当今化工等领域占据了重要地位,而CS₂火灾污染事故危害性极大。通过研究CS₂燃烧火焰光谱辐射以探究其火灾污染特性极为必要。搭建了CS₂燃烧火焰光谱测试平台,采用黑体辐射源对VSR仪器进行了标定,通过多用途傅里叶变换(VSR)红外光谱辐射仪测试了5,10和20 cm三种燃烧尺度下CS₂燃烧的火焰光谱,并通过热电偶测试了整个燃烧时间段内不同燃烧时刻下的火焰温度,以及在火焰上方安装了烟气分析仪对火焰中的燃烧产物浓度进行监测。测量了CS₂整个燃烧时间段内火焰温度,以及不同燃烧时间、不同燃烧尺度下的火焰光谱、燃烧产物组分信息。测试结果表明,CS₂火焰中主要含有高温SO₂,CO₂,CO气体和空气中卷入的H₂O分子,并获取了特征污染产物SO₂的浓度。由于现有光谱仪测量分辨率有限,室内实验测量的火焰尺度有限,为了能实现火灾在线监测需要建立一个火焰光谱辐射模型来反演CS₂火灾时的污染物浓度相关信息。基于HITRAN数据库可知在2.7 μm附近为高温水蒸气的发射峰,4.2 μm附近特征峰为高温CO₂气体的发射峰,4.7 μm附近有CO微弱的发射峰,在7.4 μm附近特征峰为高温SO₂气体的发射峰,并获得了CS₂燃烧时产生的SO₂,CO₂,CO和H₂O气体在火焰燃烧相同温度下的吸收系数,通过计算得到了CS₂燃烧时产生的SO₂,CO₂,CO和H₂O混合气体的透过率与发射率,并结合气体辐射传输方程、气体吸收系数等方程,创建了CS₂燃烧的火焰光谱辐射模型。利用该光谱辐射模型反演了不同燃烧时间下特征污染产物SO₂的浓度,并与实验测得的数据进行了对比分析。结果表明,该模型精度高,可用于燃烧产物浓度的定量化反演,SO₂分子含量在燃烧时间20,40,60和80 s时的反演精度分别是89.5%,82.5%,85.6%和86.5%。为遥感反演CS₂型大尺度火灾中燃烧产物的浓度奠定基础。     

基于光谱分析的油料池火内部传热特性研究

油料池火焰内部分为不同燃烧区域,目前对油池火内部传热特性研究较少。针对油池火内部传热特性研究不足的现状,构建了红外火焰光谱测试系统,研究分析了92#汽油、95#汽油及润滑油池火焰红外光谱特性,对油池火焰不同燃烧区域的光谱信息进行了提取分析,结果表明：三种油料池火焰光谱特征相似,存在多个CO₂,H₂O及炭黑颗粒等燃烧产物的特征发射波段,3.4 μm处C—H伸缩振动峰明显;火焰烟气区主要光谱特征为4～4.5 μm波段范围内高温CO₂发射峰,该区域火焰与空气换热剧烈,温度变化不稳定,火焰脉动频率较高;火焰间歇区的光谱特征是4～4.5 μm波段范围内高温CO₂发射峰,与烟气区相比,火焰间歇区脉动频率相对较低;与烟气区及间歇区相比,火焰连续区燃烧较为稳定,该区域的光谱特征明显,在2.5～3 μm波段范围内炭黑粒子发射光谱强度较高,且在3.4 μm处存在C—H伸缩振动峰,表明油料池火焰光谱3.4 μm处的特征峰由高温油蒸汽产生。油池火焰不同燃烧区域光谱特征分析表明,油池火焰液态油表面的“富燃料层”吸收火焰传热,引起3.4 μm附近油蒸汽分子能级的改变。油池火焰不同燃烧区域发射光谱强度计算表明,火焰连续区的强度最大,其次为间歇区,火焰烟气区与空气对流强烈,测得的发射光谱强度最低。研究结果为火焰—油料传热模型的修正提供了参考。     

Analysis of Aluminum Dust Cloud Combustion Using Flame Emission SpectroscopySCIEI北大核心CSCD

In this study, aluminum flame analysis was researched in order to develop a measurement method for high-energy-density metal aluminum dust cloud combustion, and the flame temperature and UV-VIS-IR emission spectra were precisely measured using a spectrometer. Because the micron-sized aluminum flame temperature was higher than 2 400 K, Flame temperature was measured by a non-contact optical technique, namely, a modified two-color method using 520 and 640 nm light, as well as by a polychromatic fitting method. These methods were applied experimentally after accurate calibration. The flame temperature was identified to be higher than 2 400 K using both methods. By analyzing the emission spectra, we could identify AlO radicals, which occur dominantly in aluminum combustion. This study paves the way for realization of a measurement technique for aluminum dust cloud combustion flames, and it will be applied in the aluminum combustors that are in development for military purposes.     

Analysis of Aluminum Dust Cloud Combustion Using Flame Emission Spectroscopy

In this study, aluminum flame analysis was researched in order to develop a measurement method for high-energy-density metal aluminum dust cloud combustion, and the flame temperature and UV-VIS-IR emission spectra were precisely measured using a spectrometer. Because the micron-sized aluminum flame temperature was higher than 2 400 K, Flame temperature was measured by a non-contact optical technique, namely, a modified two-color method using 520 and 640 nm light, as well as by a polychromatic fitting method. These methods were applied experimentally after accurate calibration. The flame temperature was identified to be higher than 2 400 K using both methods. By analyzing the emission spectra, we could identify AlO radicals, which occur dominantly in aluminum combustion. This study paves the way for realization of a measurement technique for aluminum dust cloud combustion flames, and it will be applied in the aluminum combustors that are in development for military purposes.     

现代光谱对燃烧与爆炸过程瞬态温度的实时诊断技术

燃烧温度是表征燃烧和爆炸行为和特征的重要参数之一,它将有效地指导新型炸药,火工品,爆破器材和新型武器的设计与制造。本文综述了现代光谱对火焰与爆炸过程瞬态温度的实时诊断技术,如原子发射-吸收光谱法、原子发射双谱线法、原子发射多谱线光谱法、分子转振光谱法、激光相干反斯托克斯拉曼光谱法和平面激光诱导荧光光谱法的应用和新近发展。其中原子发射-吸收光谱法的最大时间分辨率可达25μs,双谱线法的时间分辨率可高达0.1μs,完全适应于猛烈的爆炸和燃烧火焰的瞬态实时温度诊断的需要。其他的方法也将对研究火焰与爆炸过程的规律和燃烧瞬态特征的表征提供了新的有效的研究方法。     

Flame Temperature Remote Measurement from Infrared Emission Line Intensities of Rotation-Vibration Band of Molecules

A theoretical investigation and method of temperature remote sensing determination from the infrared emission line intensities in the fine structure of the rotation—vibration band of the molecules are performed. We have applied the method to some flames that thier combustions are unstationary, short time and violent. The temperature obtained by this method is good agreement with modified sodium line reversal method data. Our results show that the IR emission remote sensing method is a very sensitive, rapid and accurate measured temperature technique.