双线PLIF火焰温度测量方法研究.pdf

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1、硕士学位论文双线PLIF火焰温度测量方法研究RESEARCHONTEMPERATUREMEASUREMENTSBYTWO-LINEPLIFINFLAME高龙哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN249学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文双线PLIF火焰温度测量方法研究硕士研究生：高龙导师：于欣教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN249U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinEn

2、gineeringRESEARCHONTEMPERATUREMEASUREMENTSBYTWO-LINEPLIFINFLAMECandidate：LongGaoSupervisor：Prof.XinYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：Dept.ofOptoelectronicInformationScienceandTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：H

3、arbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要为了研究燃气轮机的燃烧机理，提高燃烧效率并减少污染排放，就需要一定的测量技术来研究燃机内部的燃烧场。对火焰温度测测量技术的开发与研究，无论对燃烧过程的理论基础研究，还是为开发新型燃机，以及对于研究燃气轮机的优良特性等都具有极为重要的意义。火焰温度及其分布的定性或定量的测定，对于深入了解各种燃烧过程、燃烧流场和燃烧产物的内在特性，建立合理的燃烧模型以及进行精确的计算机数值模拟都有着重要的指导作用。本文将应用双线羟基平面激光诱导荧光技术(简称双线OH-PLIF)测量常压条件下甲烷/空气层流预混平面火

4、焰中的温度分布。双线PLIF测温方法不仅能够避免自由基浓度和荧光淬灭效应的影响，而且测量结果也具有很高的时间及空间分辨率。对于研究火焰燃烧机理和进程、发展更为高效、低污染的燃烧技术等方面有着极其重要的意义。本文首先对双线测温技术的理论进行了系统分析，对实验标定常数的影响因素和误差来源进行了简要分析；理论分析与LIFBASE仿真软件相结合，研究了适用于双线PLIF测温实验及激光器波长标定的电子跃迁和振-转能级。其次，设计了双线PLIF测温实验系统，对实验中使用的仪器参数进行了设置；通过对染料激光器的输出能量进行实时监测和采集，可以在进行测温实验时同步获得实验激光的能量；研究了使激光

5、器输出波长保持准确的方法，采用对比OH-PLIF信号强度的方法标定了激光器波长的漂移量；设计搭建了波长监测系统，实现了对激光器输出波长漂移量的直接观测；并且对激光器的输出能量分布进行了测试和分析，用以对采集的荧光信号进行修正。最后，使用热电偶对燃烧器的轴向1.5cm高度的单点火焰温度进行了测量，结果为1232.2±3.3K，使用燃烧动力学仿真软件对火焰的温度进行了模拟，燃烧器出口最高结果为2000.19K；进行了双线OH-PLIF测温实验，使用所选波长激光激发当量比为1.0的层流预混平面火焰中的OH基，采集了相应的PLIF图像，获得了OH-PLIF图像的荧光轴向分布，并计算出3种

6、转动激发线组合标定常数；将有无激光能量监测得到的单点温度结果误差进行了对比。在转动激发线组合为Q2(11)-P1(7)时，发现经过激光能量修正，使用热电偶和燃烧动力学软件标定的火焰温度结果的相对误差分别减少了5.11%和8.04%；得到热电偶标定条件下火焰中的二维温度分布及1.5cm高度的径向温度分布。关键词：双线OH-PLIF测温技术；波长标定；跃迁能级；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInordertostudythecombustionmechanismofgasturbines,improvecombustionefficiencyandreducep

7、ollutionemissions,certainmeasurementtechniquesareneededtostudythecombustionfieldinsidethegasturbine.Thedevelopmentandresearchofflametemperaturemeasurementandmeasurementtechnologyisofgreatsignificancebothforthetheoreticalbasisofthecombustionpr