Die multi radikalen Strahlungs eigenschaften während der gemischten Verbrennung von Methan/Ammoniak/Sauerstoff werden mit raumzeit licher Auflösung unter Verwendung eines mehrbandigen UV-Bildgebung systems beobachtet, das mit der hoch empfindlichen Hoch geschwindigkeit kamera Revealer aufgebaut ist NEO25(UV).
In der Untersuchung der Niedertemperatur-Oxidations reaktions kinetik, der Erzeugung und Entwicklung von Schlüssel radikalen (wie NO *, OH *, CH *, NH2*) Innerhalb der Flamme bestimmen direkt den Verbrennungs reaktions weg Verzweigung, Wärme freisetzung struktur und Schadstoff bildungs mechanismus. Insbesondere im Methan-Ammoniak-Misch verbrennungs system verändert die Einführung von Ammoniak die radikale Pools truktur, herstellen traditioneller Diagnose methoden, die auf globaler Lumineszenz oder Temperatur feld basieren, die Anforderungen der Auflösung der Reaktions zone nicht erfüllen können.
Die schmal bandig gefilterte spontane Emissions bildgebung ermöglicht die selektive Beobachtung charakter is tischer Radikale. Bei Wellenlängen unter 300 nm (UV) stellen schwache Emissions signale, signifikante Luft absorption und geringe optische System durchlässigkeit jedoch eine starke Kopplung beschränkung zwischen Bildqualität und zeitlicher Auflösung dar.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, übernahm das Forschungs team dieRevealer NEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraAufbau eines mehrbandigen UV-Bildgebung systems, das eine zeit aufgelöste Beobachtung von Radikal emissions signalen in verschiedenen charakter is tischen Bändern ermöglicht und die Anwendbar keit von Abbildung system konfigurationen in der Verbrennungs diagnostik bei schlechten Licht verhältnissen bewertet.
Eine berührungs lose optische Diagnose plattform, die auf demHoch geschwindigkeit kameraVerwendet wurde.
Bildgebung system:DieRevealer NEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraLiefert eine räumliche Auflösung von 1280 × 1024 @ 25.000 fps und einen spektralen Detektion bereich von 200-1100 nm. Bei der schwachen UV-Wellenlänge von 250 nm erreicht die Quanten effizienz 60% (Abbildung 1), was eine Grundlage für die Erkennung von tiefen UV-schwachen Emissions signalen darstellt.
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Abbildung 1-Spektrale Reaktion der NEO25(UV)-Hoch geschwindigkeit kamera
Optisches System:Zwei UV-spezifische Linsen (100mm/F 2.0 und 75mm/F3.2) gleichen Licht durchsatz und Sichtfeld aus; Schmal band filter mit mittleren Wellenlängen von 228 nm, 310 nm, 430 nm, und 632 nm isolieren Emissions signale von verschiedenen Radikalen.
Zusätzliche Ausstattung:Zur Photo multiplikation wird ein Bild verstärker eingeführt, der einfallende Photonen signale insbesondere für das NO * 228 nm UV-Band verstärkt. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis des Bildgebung systems verbessert und eine Hoch geschwindigkeit abbildung ermöglicht.
Das gesamte Bildgebung system besteht aus "Hoch geschwindigkeit kamera NEO25(UV) UV-Optik Schmal band filterung Bild verstärker".
Die Experimente wurden in einem offenen Verbrennungs brenner mit stabiler Misch verbrennung von Methan, Ammoniak und Sauerstoff vom Boden durchgeführt. Die Flamme entwickelt sich frei und minimiert die Wand effekte auf das Strahlungs feld.
Für jedes Radikal wurde der entsprechende Filter konfiguriert und die Erfassungs parameter desRevealer NEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraWurden angepasst. Zu den kontrollierten Variablen gehören:
Spektrum:Unterschied liche Mitten wellenlängen zur Unterscheidung von NO *, OH *, CH * und NH2* Emissionen.
Bildgebende Parameter:Bildrate (20-1000 fps) und Belichtung szeit für die dynamische Erfassung.
Empfindlichkeit:Einstellung der Kamera verstärkung oder Aktivierung des Bild verstärkers zur Verstärkung des Photonen signals.
Optischer Durchsatz:Optimierung der Blende und Brennweite zur Maximierung der Effizienz der Photonen sammlung.
Es wurden mehrere Parameter-Sweeps über verschiedene Bänder durchgeführt, um den Kompromiss zwischen Bildgebung fähigkeit und zeitlicher Auflösung zu identifizieren.
4.1 Tiefen-UV-Bildgebung bei 228 nm (NO *)
Das 228-nm-Band entspricht der NO *-Emission, die extrem schwach ist und von der Luft erheblich absorbiert wird. Mit einem Bild verstärker, demRevealer NEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraErfasst die Flammen kontur bei 100 fps bei maximaler Belichtung deutlich (Abbildung 2). Das Bild zeigt, dass die Reaktions zone haupt sächlich im axialen Bereich konzentriert ist und eine längliche Struktur aufweist.
Eine weitere Erhöhung der Bildrate führt zu einem schnellen Signal abfall, was darauf hinweist, dass die Bildgebung in diesem Band eher durch einfallende Photonen zahlen als durch die Auslese leistung desHoch geschwindigkeit kamera.
Abbildung 2 - Methan ammoniak verbrennung bei 228 nm - 100 fps - 100mm/F 2.0 Blende (mit Bild verstärker)
4.2 Haupt reaktions zonen struktur bei 310 nm (OH *)
Das 310-nm-Band entspricht der OH *-Emission, einem typischen Marker für die Haupt reaktions zone. Ohne Verstärker erhält die NEO25(UV)-Kamera eine klare Flammen kontur bei 100 fps (Abbildung 3). Höhere Bildraten führen zu unzureichendem Signal und einer verminderten Bildgebung leistung.
Mit einem Bild verstärker erfasst der NEO25(UV) kontinuierliche Flammens trukturen bei 1000 fps (Abbildung 4). Die Bilder zeigen ausgeprägte Schwankungen an der Flammenfront, die Scher schicht instabilitäten und lokale Strömungs effekte auf die Reaktions zone widerspiegeln.
Abbildung 3 - Methan ammoniak verbrennung bei 310 nm - 100 fps - 8000 μs Exposition-100mm/F 2.0 Apertur (ohne Verstärker)
Abbildung 4 - Methan ammoniak verbrennung bei 310 nm - 1000 fps-maximale Belichtung-100mm/F 2.0 Apertur (mit Verstärker)
4.3 Flamm front struktur bei 430 nm (CH *)
Das 430 nm-Band hat eine höhere Signal intensität als die UV-Bänder. Bei 1000 fps mit maximaler Belichtung und ohne Verstärker, derNEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraErreicht eine stabile Bildgebung. Die aufgenommenen Bilder (Abbildung 5) lösen die Krümmung und die lokalen Mitnahme strukturen an der Flammenfront deutlich auf und spiegeln Änderungen der Grenzflächen morphologie aufgrund der Strömungs-Verbrennungs-Kopplung wider. Im Vergleich zu OH * befindet sich CH * näher an der äußeren Flammen grenze, was darauf hinweist, dass dieNEO25(UV) KameraEignet sich für die Flammenfront-Tracking-und Flammen ausbreitung geschwindigkeit analyze.
Abbildung 5 - Methan ammoniak verbrennung bei 430 nm - 1000 fps-maximale Belichtung-100mm/F 2.0 Apertur (ohne Verstärker)
4.4 Stickstoff reaktions weg bei 632 nm (NH2*)
Das 632 nm Band entspricht NH2* Emission im sichtbaren Bereich mit deutlich höherer Intensität als die UV-Bänder. DieNEO25(UV)Kamera erhält kontrast reiche Bilder bei 1000 fps ohne Verstärker. Abbildung 5 zeigt eine hohe Gesamt flammen helligkeit und eine voluminösere Struktur. Die räumliche Verteilung von NH2* Ist wesentlich breiter als das von OH * und CH *, was auf sein Vorhanden sein über einen größeren Temperatur bereich hinweist und die Diffusion von Zwischen produkten und nachfolgende Sekundär reaktionen während der Ammoniak verbrennung wider spiegelt.
Abbildung 6 - Methan ammoniak verbrennung bei 632 nm - 1000 fps-maximale Belichtung-100mm/F 2.0 Apertur (ohne Verstärker)
4.5 Beziehung zwischen Bildgebung fähigkeit in verschiedenen Bändern und Konfiguration des Bildgebung systems
Basierend auf Multi-Band-experimentellen Ergebnissen, die Anwendbar keit derNEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraKann aus der Perspektive der Bildgebung system fähigkeit zusammen gefasst werden:
228 nm tiefe UV-Band (NO *): Extrem niedriger Photonen fluss. Die Bildgebung ist durch Photonen schuss geräusche vollständig begrenzt. Die NEO25(UV)-Kamera muss mit einem Bild verstärker kombiniert werden, um eine photo elektrische Signal multi pli kation zu erreichen, die eine Beobachtung auf dem Niveau von hundert fps ermöglicht.
310 nm und 430 nm Bänder (OH *, CH *): Höhere Emissions intensität. Das Bildgebung system wechselt von photon begrenzt zu parameter begrenzt. Ohne Verstärker erreicht die NEO25(UV)-Kamera eine Bildgebung mit hundert fps. Mit einem Verstärker erstreckt sie sich auf eine zeit aufgelöste Bildgebung mit tausend fps.
632 nm sichtbares Band (NH2*): Hohe Emissions intensität. Die NEO25(UV)-Kamera unterstützt stabil 1000 fps Hochgeschwindigkeits-Bildgebung ohne Verstärker.
Unter Verwendung des Mehrband-Verbrennungs bildgebung systems, das um dieRevealer NEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraDiese Studie beobachtete systematisch typische Radikale missionen bei der gemischten Verbrennung von Methan/Ammoniak. Die wichtigsten Schluss folgerungen lauten wie folgt:
Ich. Die Radikale missions intensität in verschiedenen Bändern bestimmt die Basis konfiguration des Bildgebung systems. NO * (228 nm) erfordert einen Verstärker zur effektiven Beobachtung; OH * (310 nm) kann mit Verstärker unterstützung auf tausend fps Zeit auflösung erhöht werden; CH * undNH₂* UnterstützungHochgeschwindigkeits-BildgebungOhne Intensiv ierung.
II. Es besteht eine Kopplung zwischen bildgebender Bildrate und Signal intensität. Bei geringem Photonen fluss ist die Bildgebung leistung durch Photonen statistiken begrenzt. Bei hoher Licht intensität wird es haupt sächlich durch Parameter einstellungen einges chränkt.
III. Flammens trukturen zeigen eine räumliche Schichtung unter verschiedenen Radikal bildern: CH * markiert die Flammenfront, OH * charakter isiert die Haupt reaktions zone und NH₂ * spiegelt die Verteilung stickstoff hal tiger Zwischen produkte wider. Bereitstellung bild basierter Unterstützung für die Multi-Band-Diagnostik.
IV. DieRevealer NEO25(UV) Hoch geschwindigkeit kameraZeigt eine aus gezeichnete Cross-Band-Anpassungs fähigkeit von tiefem UV zu sichtbarem Licht. In Kombination mit einem Bild verstärker und optischen Systemen deckt es eine Vielzahl von Verbrennungs diagnose szenarien ab.
Das Bildgebung system konzentrierte sich auf dieEnthüller NEO25(UV)-Bestehend aus einem"Hoch geschwindigkeit kameraUV-Optik, Schmal band filterung und Bild verstärker "-stellt einen wichtigen techno logischen Weg zur Visual isierung der Niedrigtemperatur-Oxidations reaktions kinetik dar. Es bietet ein zuverlässiges experimentelles Werkzeug für zukünftige Untersuchungen von Reaktions mechanismen mit hoher räumlicher Auflösung und die Entwicklung von kohlenstoff armen Verbrennungs technologien.
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