基于计算机断层扫描-可调谐二极管激光吸收光谱的煤粉燃烧场二维温度测量特性

摘要： 二维温度与浓度分布是燃煤电厂理解燃烧场并开发高效燃烧技术的重要参数。然而由于煤粉燃烧会产生大量粉尘和强火焰辐射，传统测量技术难以获取其二维温度浓度场数据。本文重点研究基于计算机断层扫描与可调谐二极管激光吸收光谱联用的二维温度测量方法——通过直接吸收光谱技术分别利用1388nm和1343nm处水蒸气吸收谱线进行单激光扫描，该方法具有优异的时空分辨率、快速响应、高灵敏度、自校准及光学可达性等特性。采用修正后的光谱数据库提升了可调谐二极管激光吸收光谱的温度测量精度。通过均方根差（0.001）和零均值归一化互相关系数（>0.991）评估16光路构型的计算机断层重建精度，证实了假设分布与重建分布的温度一致性。该联用技术成功应用于煤粉火焰的二维温度测量，实现300K-2500K范围内1ms时间分辨率的时序二维温度监测。通过与甲烷-空气火焰温度分布对比（主要放热来自甲烷燃料），验证了测量结果的合理性。该技术在煤粉燃烧场的应用将有助于通过燃烧组织优化或燃烧系统新设计，实现运行控制最优化与燃烧效率提升。