FTIR光谱遥测红外药剂的燃烧温度

本文利用遥感FTIR光谱，对红外药剂的燃烧特性进行了研究。在分辨率为4cm^-1时，收集4700－740cm^-1波段的光谱。从HF等燃烧产物发射的分子振转基带精细结构的谱线强度分布，可以对燃烧温度进行遥感测定，并给出了燃烧温度随时间的变化关系，实验结果表明燃烧表面附近温度梯度很大，存在着急剧的变化温度场，同时也说明，在不干扰火焰温度场的情况下，利用遥感FTIR光谱对剧烈的、非稳态快速燃烧的火焰温度进行连续实时的遥感测量，是一种快速、准确、灵敏度高的测温方法，显示了它在燃烧温度测量、产物浓度测试以及燃烧机理研究等方面的应用前景。     

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。     

傅里叶变换红外光谱测量热气体温度新方法初步研究

详细地讨论了分子转振光谱理论,总结了影响分子转振光谱结构和强度分布的因素,得知各谱线相对光谱强度(即归一化光谱)只与温度有关,其分布结构与温度一一对应。根据这种特性,文章提出了一种利用傅里叶变换红外光谱测量热气体温度的新方法。从HITRAN标准数据库中提取数据建立了一个测温数据库,并用4个不同温度的实测光谱数据对建立的测温数据库进行定标和检验。用定标后的测温数据库所得的测量温度与实测温度吻合得非常好。与目前常用的两种遥感测温方法(分子发射基带最大强度光谱测温法,分子转振光谱测温法)相比,该方法的优点是：物理过程简单,容易计算,精度高,是一种简单实用的方法。     

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。     

基于OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的温度测量技术

本文基于OH自由基所固有的分子结构特征,通过分子光谱理论系统地分析和计算了OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的谱线跃迁频率、能级分布以及爱因斯坦自发发射跃迁概率等重要参数.同时结合实际的光谱实验,分析了谱线的自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽以及仪器展宽等各种展宽因索对谱线线型的影响,从理论上计算了任意转动温度、振动温度以及谱线展宽条件下OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的强度分布,并分析了光谱强度分布与转动温度、振动温度以及谱线展宽的关系,为OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱测温技术提供理论依据.在实验过程中通过理论计算光谱与实验光谱进行拟合,对氢气燃烧火焰的转动温度和振动温度进行了初步的实验研究.     

基于辐射法和原子发射光谱法的转炉口火焰温度测量

转炉炼钢的终点控制包括钢水出钢时温度及其成分的控制,炉口火焰能够反映炉内脱碳速率及转炉运行参数等。工业炉燃烧火焰可见光谱段,普遍存在着钾(K)和钠(Na)等碱金属元素的原子发射谱线,利用K的特征谱线相对比值可以计算火焰温度。基于辐射双色法,三色法和谱线相对强度法对转炉口火焰温度进行了测量;数据处理过程中对特征谱线进行了基线拟合提取,小波脊线拟合提取;特征谱线进行了Gauss函数和Lorenz函数拟合。结果表明,辐射测温法对谱线比较敏感,选择合理的波段能够有效,精确地测量火焰温度;采用谱线相对强度法受制于特征谱线的数学模型、谱线的跃迁机率、能级的简并度及火焰的光学厚度,需要分辨率非常高的光谱仪才能进行高温转炉火焰中电子温度的测量。     

基于分子转-振光谱精细结构的火焰温度遥测方法

燃烧火焰温度是固体推进剂等重要参数,本文研究了基于分子转-振光谱精细结构的火焰温度遥测方法.根据分子转-振光谱线的展宽机制,研究了分子谱线线型.结合朗伯-比耳吸收定律,去除谱线中心受大气低温气体吸收影响较大的数据点后,利用谱线两翼的数据点进行谱线线型拟合,利用分子转-振光谱精细结构温度遥测方法将经拟合修正后数据反演火焰...     

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。     

用相对强度法测量固体推进剂火焰温度分布

许多高温体如火焰,由于本身伴随着非常复杂的化学反应,辐射出的光谱非常复杂。这些光谱通常包括连续谱、谱线和谱带三部分,而且在许多情况下谱线非常密集。如果用谱线强度法测温,就会发现由于谱线非常密集,很难找到合适的孤立谱线。文章针对这些密集谱线,在特定条件下提出用多条谱线的总强度代替一条谱线的强度来测量温度的方法,改进了常用的相对强度法表达方式,使用密集谱线的总强度与另一条谱线强度的比值来计算温度,成功测量了固体推进剂火焰的温度分布,并将结果和热电偶测量的结果做了比较。     

宽带相干反斯托克斯喇曼散射法诊断固体燃剂燃烧场

 报道了采用单次脉冲非稳腔空间增强探测 相干反斯托克斯喇曼散射（USED CARS）技术诊断常压下固体燃剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度。采用宽带USED CARS技术，在固体燃剂瞬态燃烧场获得了较高信噪比的单次激光脉冲氮气Q支CARS实验谱，用CARS理论计算软件拟合CARS实验谱，给出了固体燃剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度在不同高度的分布，固体燃剂燃烧场温度约2 250K、氮气相对浓度16%～20%。     

Remote Fourier Transform Infrared Emission Spectroscopy in the Studies of the Solid Propellant Combustions

In this paper infrared emission spectra of the solid propellant combustion using remote Fourier transform spectroscopy have been studied. Both the infrared spectral radiance distributions and gas quantitative method for solid propellant combustions by remote Fourier transform infrared emission spectroscopy have been presented. In the method we utilize estimating temperature measuring models, which are modified by Junde Wang, based on emission fundamental band measurements of HCl or HF. Through measuring the temperature both the infrared spectral radiance distributions of the solid propellant combustions and their emisivities can be obtained. A remote measured gas concentration model based on combustion temperature, spectral radiance and emissivity has been developed. Field single-ended measurements at long distances for solid propellant plumes at temperature 1700—3500K can be extended to measuring fluctuations of instantaneous temperature and combustion reaction products.     

Single-pulse CARS spectra in solid propellant combustion at atmosphere pressure

The unstable-resonator spatially enhanced detection (USED) coherent anti-stokes Raman spectroscopy (CARS) measurements of temperature and N2 concentration in the combustion of solid propellant at atmosphere pressure are reported. The USED CARS measurement system has a high spatial solution of ~ 0.1 mm in diameter and 3 mm in length, and permits instantaneous measurement at 10-Hz rate. The single-pulse N2 Q-branch CARS spectra have been obtained from the propellant combustion. The temperatures and N2 concentrations of the propellant flame at different height have been achieved by fitting the experimental data to theoretical spectra. The results indicate that the temperature is up to ~ 2500 K with N2 concentration in a range from 10% to 26%.     

Flame temperature diagnostics with water lines using mid‐infrared degenerate four‐wave mixing

The feasibility of using degenerate four‐wave mixing (DFWM) for hot gas thermometry in the mid‐infrared spectral region is, for the first time, demonstrated by probing molecular ro‐vibrational transitions of water. DFWM spectra of hot water were recorded in specially designed flames, providing a series of temperatures varying from 1000 to 1900 K and, the dramatic spectral structure variations were used as temperature indicator. The intensity ratios between two hot water line groups at around 3231 cm⁻¹ were especially studied and composed into a calibration table for flame temperature measurement using DFWM spectra. The saturation properties of different lines were also studied by recording the line intensity ratios as a function of laser power, and the results indicated that saturated excitation was in favor of reliable temperature measurements. As validation, infrared DFWM spectra in an φ = 1.52 flat premixed methane/air flame were recorded, and a good temperature value was obtained. Moreover, the recently released HITEMP2010 database as well as its previous version HITEMP2000 were adopted to simulate the hot water spectra and to analyze the line intensity ratios. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

利用辐射光谱法在线测量固体火箭推进剂燃烧温度

针对固体火箭发动机恶劣环境下的高温燃烧测量问题,提出了利用辐射光谱法来开展固体火箭推进剂燃烧温度在线测量的方法,采用200～1 100 nm光纤光谱仪测量了高压实验燃烧器下固体火箭推进剂燃烧火焰辐射光谱,总结了其光谱特性,并基于普朗克定律和光谱拟合方法获得了相应的推进剂燃烧温度,这对固体火箭推进剂燃烧诊断与燃烧机理研究具有重要的参考价值。     

离子分子束源的浓度调制光谱研究

建立了一套交流放电产生离子分子束源的装置,以N₂为例,束流中N＋₂的发射谱强度远大于N₂的发射谱强度,N+₂(B)/N₂(C)高达6∶1。根据其发射谱,对交流放电过程和浓度调制光谱进行了测量研究,并计算了离子分子激发态振动温度和转动温度,分别为3 310和282 K。