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燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法

宋俊玲 饶伟 王广宇 辛明原

宋俊玲, 饶伟, 王广宇, 辛明原. 燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(3): 306004-0306004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0306004
引用本文: 宋俊玲, 饶伟, 王广宇, 辛明原. 燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(3): 306004-0306004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0306004
Song Junling, Rao Wei, Wang Guangyu, Xin Mingyuan. 2D reconstruction of combustion flow field temperature based on multiple absorption lines[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(3): 306004-0306004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0306004
Citation: Song Junling, Rao Wei, Wang Guangyu, Xin Mingyuan. 2D reconstruction of combustion flow field temperature based on multiple absorption lines[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(3): 306004-0306004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0306004

燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法

doi: 10.3788/IRLA201948.0306004
基金项目: 

国家自然科学基金(61505263,61505262)

详细信息
    作者简介:

    宋俊玲(1985-),女,助理研究员,博士,主要从事近红外光谱流场诊断方面的研究。Email:songjl_2008@163.com

  • 中图分类号: TN247;O433

2D reconstruction of combustion flow field temperature based on multiple absorption lines

  • 摘要: 可调谐半导体激光层析技术可以实现对燃烧流场温度和组分浓度的二维分布测量。提出了一种基于多条吸收谱线组合的燃烧场温度二维重建方法,该方法利用每条吸收谱线对温度的敏感度不同,采取优化组合的方式得到每组吸收谱线对最佳的重建温度区域。文中使用四条H2O吸收谱线,模拟了温度在300~1 500 K范围时高斯分布和随机分布温度二维重建,比较了采用双线法和多条吸收谱线组合方法的温度重建结果。结果表明:采用吸收谱线组合方法和双线法的温度重建误差分别为0.039 6和0.095 2,吸收谱线组合方法可以有效提高重建结果质量。在实际工程应用中,当可以提前预估流场温度重建范围的情况,采用文中提出的多条吸收谱线组合方法可以二维重建结果质量。
  • [1] Cai W, Kaminski C F. Tomographic absorption spectroscopy for the study of gas dynamics and reactive flows[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2017, 59:1-31.
    [2] Goldenstein C S, Spearrin R M, Jeffries J B, et al. Infrared laser-absorption sensing for combustion gases[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2016, 60:132-176.
    [3] Bolshov M A, Kuritsyn Y U A, Romanovskii Y U V. Tunable diode laser spectroscopy as a technique for combustion diagnostics[J]. Spectrochimica Aata Part B, 2015, 106:45-66.
    [4] Busa K M, Rice B E, Fulton J A, et al. Scramjet combustion efficiency measurement via tomographic absorption spectroscopy and particle image velocimetry[J]. AIAA Journal, 2016, 53(4):1-9.
    [5] Bryner E, Busa K, Mcdaniel J C, et al. Spatially resolved temperature and water vapor concentration distributions in a flat flame burner by tunable diode laser absorption tomography[C]//49th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2011:1291.
    [6] Liu C, Xu L, Chen J, et al. Development of a fan-beam TDLAS-based tomographic sensor for rapid imaging of temperature and gas concentration[J]. Optics Express, 2015, 23(17):22494-22511.
    [7] Li Ning, Weng Chunsheng. Modified adaptive algebraic iterative algorithm for deflection tomography and its application to density flow field[J]. Chinese Optics Letters, 2011, 9(6):061201
    [8] Ma L, Cai W W, Caswell A W, et al. Tomographic imaging in practical combustion devices based on hyperspectral absorption spectroscopy[J]. Optics Express, 2009, 17(10):8602-8613.
    [9] Ma L, Li X, Sanders S T, et al. 50-kHz-rate 2D imaging of temperature and H2O concentration at the exhaust plane of a J85 engine using hyperspectral tomography[J]. Optics Express, 2013, 21(1):1152-1162.
    [10] Cai W, Ma L. Hyperspectral tomography based on proper orthogonal decomposition as motivated by imaging diagnostics of unsteady reactive flows[J]. Applied Optics, 2010, 49(4):601-610.
    [11] Gordon R, Bender R, Herman G T. Algebraic reconstruction techniques for 3 dimensional electron microscopy and x-ray photograph[J]. Journal of Theoretical Biology, 1970, 29(3):471-481.
    [12] Terzija N, Davidson J L, Garcia-Stewart C A, et al. Image optimization for chemical species tomography with an irregular and sparse beam array[J]. Measurement Science and Technology, 2008, 19(9):094007.
    [13] Daun K J. Infrared species limited data tomography through Tikhonov reconstruction[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy Radiative Transfer, 2010, 111(1):105-115.
    [14] Twynstra M G, Daun K J. Laser-absorption tomography beam arrangement optimization using resolution matrices[J]. Applied Optics, 2012, 51(29):7059-7068.
    [15] Yu T, Tian B, Cai W. Development of a beam optimization method for absorption-based tomography[J]. Optics Express, 2017, 25(6):5982-5999.
    [16] Xu L J, Liu C, Jing W Y, et al. Tunable diode laser absorption spectroscopy-based tomography system for on-line monitoring of two-dimensional distributions of temperature and H2O mole fraction[J]. Review of Scientific Instruments, 2016, 87(1):013101.
    [17] Xia H, Kan R, Xu Z, et al. Two-step tomographic reconstructions of temperature and species concentration in a flame based on laser absorption measurements with a rotation platform[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2017, 90:10-18.
    [18] Wang F, Wu Q, Huang Q, et al. Simultaneous measurement of 2-dimensional H2O concentration and temperature distribution in premixed methane air flame using TDLAS-based tomography technology[J]. Optics Communications, 2015, 346:53-63.
    [19] Gordon I E, Rothman L S, Hill C, et al. The HITRAN2016 molecular spectroscopic database[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy Radiative Transfer, 2017, 203:3-69.
    [20] Zhou X, Liu X, Jeffries J B, et al. Selection of NIR H2O absorption transitions for in-cylinder measurement of temperature in IC engines[J]. Measurement Science and Technology, 2005, 16(2):2437-2445.
    [21] Liu X, Jefferies J B, Hanson R K, et al. Development of a tunable diode laser sensor for measurements of gas turbine exhaust temperature[J]. Applied Physics B, 2006, 82(3):469-478.
    [22] Song J, Hong Y, Wang G, et al. Algebraic tomographic reconstruction of two-dimensional gas temperature based on tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. Applied Physics B, 2013, 112(4):529-537.
  • [1] 郑雪飞, 李春, 范晓彦, 元光, 栾晓宁, 姚子庆, 李凯.  温度和浊度对罗丹明B示踪检测的影响及校正 . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220243-1-20220243-8. doi: 10.3788/IRLA20220243
    [2] 乌日娜, 宋云鹤, 卢佳琦, 高芮, 李业秋, 岱钦.  光子晶体光纤载体中液晶随机激光辐射行为 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200171-1-20200171-6. doi: 10.3788/IRLA20200171
    [3] 闫召爱, 胡雄, 郭文杰, 郭商勇, 程永强, 张炳炎, 陈志芳, 赵尉博.  临近空间多普勒激光雷达技术及其应用(特邀) . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20210100-1-20210100-10. doi: 10.3788/IRLA20210100
    [4] 宋俊玲, 姜雅晶, 饶伟, 孙秀辉, 陈建军.  超声速燃烧场高密度光学测量环设计方法研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210063-1-20210063-10. doi: 10.3788/IRLA20210063
    [5] 陈一夫, 常浩, 周伟静, 于程浩.  脉冲激光辐照太阳能电池响应及光电转化影响 . 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200262-20200262. doi: 10.3788/IRLA20200262
    [6] 李颖锐, 吴森, 郭玉, 席守智, 符旭, 查钢强, 介万奇.  温度对碲锌镉光子计数探测器计数性能的影响及机理研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1016001-1016001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.1016001
    [7] 张阔, 陈飞, 李若斓, 杨贵龙.  大功率CO2激光器输出窗口热性能分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 205005-0205005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0205005
    [8] 徐文斌, 陈伟力, 李军伟, 王广平, 武敬力.  采用长波红外高光谱偏振技术的目标探测实验 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 504005-0504005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0504005
    [9] 谢衍新, 吴小成, 胡雄, 杨钧烽, 肖存英.  临近空间全球温度场三维变分同化 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 804005-0804005(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0804005
    [10] 杨远洪, 刘硕, 陆林, 靳伟.  基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 802002-0802002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0802002
    [11] 张福才, 孙晓刚, 邢键, 安建民.  红外多谱线二维辐射温度场重建算法的研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 704003-0704003(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0704003
    [12] 武阿妮, 李晨毓, 周庆莉, 刘建丰, 孙会娟, 杨舟, 张存林.  温度对太赫兹亚波长金属结构共振特性的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1832-1835.
    [13] 雷景丽, 晏祖勇, 李晓晓, 刘延君, 武刚, 侯尚林.  近零超平坦色散填充光子晶体光纤的温度特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3740-3743.
    [14] 马秀荣, 王夏洋.  低温条件下光学厚度对Tm3+:YAG 材料光谱烧孔孔深的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 964-968.
    [15] 龚绍琦, 孙海波, 王少峰, 国文哲, 李云梅.  热红外遥感中大气透过率的研究(二): 大气透过率模式的应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2013-2020.
    [16] 孙美, 许毅, 陈艳虹, 昂秦, 李燕.  被动式FTIR光谱测试固体推进剂羽流红外辐射特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 17-22.
    [17] 孟恒辉, 耿利寅, 李国强.  激光通信器热设计与热试验 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2295-2299.
    [18] 宋俊玲, 洪延姬, 王广宇, 潘虎.  基于激光吸收光谱技术的超声速气流参数测量 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3510-3515.
    [19] 冯云松, 路远, 凌永顺.  发射率对飞机蒙皮温度及红外辐射特性的影响 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 294-299.
    [20] 王广宇, 洪延姬, 潘虎, 宋俊玲.  可调谐半导体激光吸收传感器的温度测量验证 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2358-2363.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-11
  • 修回日期:  2018-12-15
  • 刊出日期:  2019-03-25

燃烧流场温度二维重建多吸收谱线重建方法

doi: 10.3788/IRLA201948.0306004
    作者简介:

    宋俊玲(1985-),女,助理研究员,博士,主要从事近红外光谱流场诊断方面的研究。Email:songjl_2008@163.com

基金项目:

国家自然科学基金(61505263,61505262)

  • 中图分类号: TN247;O433

摘要: 可调谐半导体激光层析技术可以实现对燃烧流场温度和组分浓度的二维分布测量。提出了一种基于多条吸收谱线组合的燃烧场温度二维重建方法,该方法利用每条吸收谱线对温度的敏感度不同,采取优化组合的方式得到每组吸收谱线对最佳的重建温度区域。文中使用四条H2O吸收谱线,模拟了温度在300~1 500 K范围时高斯分布和随机分布温度二维重建,比较了采用双线法和多条吸收谱线组合方法的温度重建结果。结果表明:采用吸收谱线组合方法和双线法的温度重建误差分别为0.039 6和0.095 2,吸收谱线组合方法可以有效提高重建结果质量。在实际工程应用中,当可以提前预估流场温度重建范围的情况,采用文中提出的多条吸收谱线组合方法可以二维重建结果质量。

English Abstract

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