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燃烧红外吸收光谱分析——QCL光源

来源:本站 发布时间:2017-3-4 11:19:49 浏览量:
 

燃烧火焰光谱辐射特性的研究在工业、民用及航天、军事领域都有着重要的应用价值。来自火焰的辐射包含火焰内部沿探测方向的组分浓度、粒子的分布和形态及局部温度等重要信息,对于研究各种燃烧流场的特性有重要价值:

1、它可以用于解释燃烧过程中间产物的形成,并增进对火焰传播机理的进一步理解;

2、对于燃烧火焰流场的数值模拟研究,辐射特性的测量结果是验证火焰流场数值建模和分析结果正确与否的重要证据;

3、同时基于火焰自身辐射的火焰温度场和吸收系数的重建还对建立合理的燃烧模型,进行精确的计算机模拟分析有着重要的指导意义。


 火焰温度是表征燃烧过程的重要参数之一,是燃烧过程中变化明显的参量。燃烧流场的各种物理和化学参数几乎都与火焰温度有着密切的关系。因此火焰温度的测量研究一直是燃烧诊断领域的热点。

在工业和民用领域,火焰温度的测量研究,无论对内燃机燃烧过程的理论基础研究,还是为开发设计高效低污染的新型车用发动机,降低汽车排污,以及对于研究电站燃煤锅炉煤粉燃烧的稳定性、经济性和清洁性,提高燃烧效率,降低燃烧有害气体的产生和排放,预防和控制火灾的发生等都具有重要的科学意义和应用价值。

在航天和军事领域,更是迫切需要研究开发火焰红外光谱辐射特性和温度的有效测量手段和先进理论研究。一方面,尾焰辐射是全向攻击红外导弹及空间早期预警的主要目标,红外搜索跟踪系统、监视系统、警戒系统和导弹红外制导系统的探测识别都依赖于准确的目标辐射数据。利用飞行器尾焰产生的红外辐射来导引武器攻击目标,是现在重要的制导方法。另一方面,尾焰对大型运载器的壳体有强烈的辐射,因此,在战略导弹型号研制中,发动机尾焰对导弹发射车设计与制造有直接影响。特别是采用高能推进剂的尾焰高温烧蚀将更加突出,防止发射装置被高温热流烧蚀更应引起高度重视。因此,总体设计部门要求有实测的尾焰辐射数据,以便考虑克服烧蚀和冲刷带来的危害。另外,高温尾焰热流对空空格斗、地空拦截、岸舰防卫等各种导弹的二次制导亦非常有用。

在获得火焰的发射率以后,根据火焰的辐射传输方程,采用各种重建算法进行火焰吸收系数和温度场的重建。

 

Block光源及测试设备最主要的优势就是快速及亮度。燃烧分析通常是动态试验,闪动的火焰(想象蜡烛的火苗),快速释放的气体(喷射机或者火箭引擎),或者爆炸(内置燃烧引擎的圆柱体),其采用分子光谱学的能力是前所未有的。基于其光束的小尺寸,QCL可以获取火焰的二维或者三维轮廓。当QCL吸收光谱做完以后,我们已经在波长范围与速度上领先于竞争者了。研究火焰分子光谱学的传统方法是采用FTIR放射光谱。FTIR必须采用小孔径来测试感兴趣的区域,即使这样也只能测量到我们视场中火焰最热的部分。采用传统道德FTIR光源来照射火焰根本得不到有用的信息。光源与火焰一样热,因此提供不了任何对比。所有的主要航空宇宙及涡轮制造商都是潜在的目标。

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