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高温燃气温度和浓度同时检测模拟研究

作　者: 何小威
导　师: 娄春; 谢明亮
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 多谱带气体辐射建模温度 CO2和H2O浓度光谱数据库
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 6次
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内容摘要

化石燃料燃烧产生的高温燃气存在于锅炉炉膛、工业炉窑、燃气轮机、发动机等各类能源动力装置中，准确测量燃气温度和组分浓度对于研究燃烧机理、燃料燃烧特性、污染物生成与控制和能源动力装置的优化设计有重要意义。本文开展了基于多谱带气体辐射建模的燃气温度、二氧化碳和水蒸气浓度同时检测技术的研究工作，所做工作具体如下：本文首先从气体谱带发射率对气体分子柱密度和温度的依赖关系出发，对多谱带气体辐射建模进行了分析，并提出了使用二元多项式进行拟合的建模方法。然后研究了基于多谱带气体辐射建模测量CO₂和H₂O气体温度、浓度的原理，提出了一套与模型相适应的反演算法，以及根据气体谱带发射率曲线、谱带发射率随温度变化曲线及光谱仪的光谱带宽来选取谱带的方法。以实验室乙烯层流扩散火焰的燃烧后烟气为对象，开展了CO₂和H₂O气体温度、浓度检测的模拟研究。首先使用HITEMP-2010数据库分别在2340cm-1、3900cm-1和3740cm-1谱带上构建了模型；然后通过算例对模型和反演算法进行了考察。等温、均质条件下的模拟结果显示：信号未叠加误差时，温度、CO₂和H₂O气体浓度最大相对误差分别为2.44%、1.69%和1.0%；信号叠加±5%误差时，最大相对误差分别为6.34%、11.08%和3.80%。非等温、均质条件下的模拟结果显示：温度值均与条件中设定温度范围吻合良好；信号未叠加误差时，CO₂和H₂O气体浓度最大相对误差分别为0.69%和1.38%；信号叠加±5%误差时，最大相对误差分别为-5.24%和2.55%。结果表明本文所构建的模型和提出的反演算法具有良好的准确性和抗误差能力，并且对非等温、均质气体对象的测量也能较好地适应。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
符号表  7-10
1 绪论  10-21
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-19
  1.3 本文的主要工作及内容安排  19-21
2 逐线法与气体分子光谱数据库  21-30
  2.1 逐线法  21-23
  2.2 气体分子光谱数据库  23-29
  2.3 本章小结  29-30
3 多谱带气体辐射建模  30-45
  3.1 多谱带气体辐射建模分析  30-36
  3.2 CO_2和 H_2O 温度、浓度同时检测方法  36-44
  3.3 本章小结  44-45
4 高温 CO_2和 H_2O 温度、浓度同时检测模拟研究  45-60
  4.1 建模与模拟计算  45-50
  4.2 结果与讨论  50-59
  4.3 本章小结  59-60
5 全文总结与展望  60-63
  5.1 全文总结  60-61
  5.2 后续工作展望  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-69
附录攻读硕士学位期间发表论文  69

高温燃气温度和浓度同时检测模拟研究

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