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利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究

袁志国 马修真 刘晓楠 穆彦龙 杨晓涛

袁志国, 马修真, 刘晓楠, 穆彦龙, 杨晓涛. 利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 281-289. doi: 10.3788/CO.20201302.0281
引用本文: 袁志国, 马修真, 刘晓楠, 穆彦龙, 杨晓涛. 利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 281-289. doi: 10.3788/CO.20201302.0281
YUAN Zhi-guo, MA Xiu-zhen, LIU Xiao-nan, MU Yan-long, YANG Xiao-tao. Testing on diesel engine emission temperature using tunable laser absorption spectroscopy technology[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 281-289. doi: 10.3788/CO.20201302.0281
Citation: YUAN Zhi-guo, MA Xiu-zhen, LIU Xiao-nan, MU Yan-long, YANG Xiao-tao. Testing on diesel engine emission temperature using tunable laser absorption spectroscopy technology[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 281-289. doi: 10.3788/CO.20201302.0281

利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究

doi: 10.3788/CO.20201302.0281
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 61405046

国家自然科学基金资助项目 51709059

黑龙江自然科学基金资助项目 51305089

船用低速发动机项目Ⅰ期 CDGC01-KT03-BG-011

详细信息
    作者简介:

    袁志国(1975-), 男, 山东禹城人, 硕士, 高级实验师, 1999年、2007年、2019年于哈尔滨工程大学分别获得学士、硕士、博士学位, 主要从事柴油机控制、测试技术、故障诊断等方向的研究。E-mail:yuanzhiguo@hrbeu.edu.cn

    杨晓涛(1985-), 男, 黑龙江哈尔滨人, 博士, 副教授、硕士生导师, 2007年、2009年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位; 2016年于哈尔滨工程大学获得博士学位, 2017年9月至2018年9月在美国科罗拉多州立大学做访问学者, 主要研究方向包括动力装置光学测试技术, 激光点火技术, 油膜测试等方向。E-mail:yangxiaotao@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TP399;TK311

Testing on diesel engine emission temperature using tunable laser absorption spectroscopy technology

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61405046

National Natural Science Foundation of China 51709059

Natural Science Foundation of Heilongjiang 51305089

Marine Low-Speed Engine Project Phase-I CDGC01-KT03-BG-011

More Information
  • 摘要: 针对D4114B型柴油机排放尾气中的CO2气体开展测量研究,计算分析气体的体积分数以及温度。文中以可调谐半导体激光器吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术原理为基础,利用MATLAB中SIMULINK库中的各个模块,模拟尾气测量的实际过程。仿真结果显示,在模拟柴油机排放环境下,待测量气体CO2的温度仿真相对误差为0.03%。利用船用D4114B型柴油机进行验证实验,在其排气管上增添可视化窗口并安装相应测试系统,利用以半导体为工作介质的可调谐激光器作为激光光源,开展尾气排放中CO2气体温度的在线测试研究,测试相对误差小于4%。由上述研究结果可知,本文中利用SIMULINK搭建的模型所测得的温度值与实际柴油机尾气排放过程中的温度相差较小,因此,其仿真结果能够对柴油机排气测温提供一定的参考。
  • 图  1  SIMULINK仿真系统模型

    Figure  1.  SIMULINK simulation system model

    图  2  谱线强度S(T)随温度变化曲线图

    Figure  2.  Spectral line intensity of CO2 molecular as a function of temperature

    图  3  谱线强度比R(T)随温度变化趋势图

    Figure  3.  Spectral line intensity ratio as a function of temperature

    图  4  仿真过程图

    Figure  4.  Simulation process diagram

    图  5  CO2气体吸收率曲线

    Figure  5.  Absorption rate curves of CO2 gas

    图  6  直接测试结构图

    Figure  6.  Direct test structure diagram

    图  7  柴油机排放在线测试现场

    Figure  7.  Online test site of diesel engine emission

    图  8  不同负载功率下的测试结果

    Figure  8.  Test results of exhaust gas temperature at different load powers

    图  9  不同负载功率下的测试结果

    Figure  9.  Test results under various load powers

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-10
  • 修回日期:  2019-06-10
  • 刊出日期:  2020-04-01

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