[发明专利]一种用于表征热力型NOx

说明书

本发明涉及一种用于表征热力型NO_x生成路径的成像监测方法及装置，监测方法为：将硼或硼盐颗粒均匀掺混燃料中；在燃料燃烧过程中，BO₂^*作为硼或硼盐的燃烧中间产物，将其作为示踪剂，对其化学发光过程进行成像监测，可得到示踪剂BO₂^*化学发光的动态原位信息；从而得到热力型NO_x的生成位置的动态原位信息，反映热力型NO_x的生成路径。与现有技术相比，本发明在燃烧过程中基于对示踪剂BO₂^*化学发光的成像监测，可以绘制出热力型NO_x的生成位置，从源头上改善燃料的燃烧性能与降低NO_x污染物排放；在扩散和预混火焰均适用，可实现实时监测NO_x排放的目的，且目前发动机技术多为贫燃燃烧，碳氢燃料所产生的碳烟辐射对BO₂^*的影响将大为减弱，使本方法实用性更强。

技术领域

本发明涉及氮氧化物监测方法，尤其是涉及一种用于表征热力型NO_x生成路径的成像监测方法及装置。

背景技术

在日常生活中，氮氧化物是最为主要的燃烧污染物，氮氧化物的生成来源主要来自于碳氢燃料高温燃烧过程中N₂的转化以及含氮燃料的燃烧，例如化石燃料中石油和煤的燃烧。基本上在所有的燃烧过程和高温工业过程中都可以形成氮氧化物，包括电厂、推进装置的燃烧等。燃烧中所排放的氮氧化物主要为NO，约占90％-95％，其次为NO₂和N₂O，其中通过热力型NO的生成方式又为总NO排放的主导。NO为无色无臭气体，其与血液中的血红蛋白结合能力比CO高数倍，因此对人体毒性非常大，可以导致人体因血液缺氧而麻痹，甚至死亡。NO排放到空气中可以被氧化为 NO₂，NO₂的毒性是NO的4-5倍，同时NO₂对于人体的呼吸系统具有强烈的刺激作用。除此之外，大气中的NO和NO₂还会导致光化学烟雾和酸雨的发生。

在国防工业中，液体火箭发动机作为最成熟的火箭推进系统之一，具有较高的性能和许多独特的优点，例如，比冲高、推力范围大、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。液体火箭发动机目前被广泛应用于运载火箭、航天器以及导弹等系统中。从燃料角度考虑，肼及其衍生物是重要的化工原料和火箭推进剂，尤其是肼类燃料/四氧化二氮双组分推进剂组合是目前世界各国所普遍使用的火箭发动机液体推进剂组合，其燃烧排放中也含有大量的氮氧化物。然而，采用燃料分子改性的方法已很难大幅提升液体燃料的能量密度。因此目前的研究，通常将纳米/ 微米级颗粒加入传统液态燃料中，以期实现催化助燃与高效燃烧的目的。

以上种种均表明，亟需研发一种表征燃烧过程中NO_x生成路径的监测方法，实现对各种场景中NO_x的生成部位及路径的确定，以达到对氮氧化物生成和排放的优化控制的目的。

从测量的角度来说，传统的研究是基于探针采样技术，但它们无法提供足够的空间和时间分辨率来确定NO的形成位置。最近，基于激光的诊断，例如NO的平面激光诱导荧光(PLIF)，已在基础燃烧火焰或发动机中提供了具有良好时间和空间分辨率的NO浓度场分布。NO-PLIF技术的主要问题是氧气对LIF信号光的明显吸收以及随后产生的寄生荧光，特别是在高温条件下必须校正压力、温度、碰撞猝灭和激光衰减的累积效应对荧光信号造成的影响，因此即使可以从LIF得出定量数据，也无法获得关于热力型NO_x产生部位及其形成途径的信息。数值模拟也不能准确预测发动机中湍流反应场中NO_x的生成部位，而文献中几乎没有关于NO_x生成位点的实验数据。

发明内容