航空发动机燃烧室出口温度场和燃气组分分布的在线监测技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61327011
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0114.探测与成像
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

A scientific instrument will be designed by fusing a tunable diode laser absorbtion spectroscopy (TDLAS)-based tomography system and an electrical capacitance tomography (ECT) system. The instrument can be used to monitor the temperature field and gas component distribution at the aero-engine combustor exit in an on-line manner. This can not only provide with valid data and references for aero-engine combustor design, but also provide with a reliable scheme to monitor the health status of the aero-engine, which helps to prolong the service life and improve the reliability of the aero-engine. Firstly, the temperature field, gas concentration distribution at the aero-engine combustor exit are calculated by means of computational fluid dynamics simulation. The correlation between the temperature field and gas component distribution at the aero-engine combustor exit will be studied and a correlation model will be established between them. A TDLAS-based tomography system will be constructed to measure the temperature field, gas concentration distribution at the aero-engine combustor exit in an on-line manner. The measurement data in the experiment are then used to validate and modify the simulation model for combustion and the correlation model between the temperature field and the gas concentration distribution at the aero-engine combustor exit. Secondly, the temperature field and the gas concentration distribution are employed as the constraints in the multi-physical field simulations to calculate the permittivity distribution at the combustor exit. Experimental data obtained from the ECT are used for model verification and modification. Thirdly, by the aid of the verified and modified models, both simulation and experimental data from the TDLAS tomography system and the ECT system will be fused to study and establish the relationship between the permittivity distribution and the temperature field and gas component distribution at the combustor exit. The relationship will then be used to explore the feasibility of using the images obtained from ECT to reconstruct the temperature field and gas component distribution in the combustor exit area.
研制基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)层析成像系统和电容层析成像(ECT)系统相融合的科学仪器,用于航空发动机燃烧室出口温度场和燃气组分分布的在线监测研究,可为航空发动机燃烧室的优化设计及健康状况的诊断提供实测数据和有效参考依据。首先,本项目通过计算流体力学仿真计算燃烧室出口区域的温度场和燃气组分分布,研究实际工况条件下两者的相关性并建立二者之间的关联模型;研制TDLAS层析成像系统,实现发动机燃烧室出口温度场和燃气组分分布的在线监测,并验证完善燃烧过程仿真模型及所建立的关联模型。其次,将温度场、燃气组分分布作为约束条件,结合多物理场仿真,计算燃烧室出口区域的介电常数分布,并通过ECT实测数据进行实验修正。再次,借助修正后模型,将TDLAS层析成像和ECT的仿真和实测数据相融合,研究介电常数分布和温度场、燃气组分分布的关系,从而探索采用ECT重建图像恢复温度场与燃气组分分布的能力。

结项摘要

本项目针对航空发动机燃烧室出口温度和燃气组分分布在线监测的难题,将可调谐二极管激光吸收光谱技术和电容层析成像技术相结合,重建了燃烧室出口温度、燃气组分和介电常数分布。.基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的层析成像系统具有响应速度快、数据准确、可对多个分布参数同时成像等优点,该技术适用于高温燃气组分和温度分布的在线测量。电容层析成像技术可在采用非侵入式测量手段获得断面上介电常数的二维分布灰度图像,清晰、准确、直观地展现被测物体内部的结构特征。本项目将两种技术有机融合,为航空发动机燃烧室出口的燃气组分及温度分布的监测提供一种崭新的在线监测手段。.项目执行过程中,项目组成员首先对航空发动机燃烧室模型旋流燃烧器和串联凹腔燃烧室进行仿真研究,为传感器设计提供了依据;对燃烧实验平台的常见研究对象——平焰燃烧炉及本生灯进行了数值模拟,与实验室内的测量结果相互验证。而后,设计并研制了激光吸收光谱技术的控制电路、采集系统和片上数据采集系统,结合燃气组分的吸收谱线特性,实现了吸收率线型函数的片上拟合。在旋流火焰燃烧平台上实验验证并研究了激光吸收光谱技术应用于温度和燃气组分分布的层析成像重建理论及方法。设计并研制了高速数字式电容层析成像系统,通过监测本生灯点火和熄火过程中的介电常数变化验证了系统性能。基于对温度、阻抗分布和激光吸收光谱的研究,设计了激光吸收光谱层析成像与电容层析成像融合传感器,并同时获得了火焰的温度和介电常数分布图像。.受项目支持,项目组成员共发表学术论文28篇,其中SCI索引论文20篇,发展了激光吸收光谱和电容层析成像技术,丰富了航空发动机燃烧室出口的温度和燃气组分分布检测理论,具有重要的学术意义及应用价值。项目已授权发明专利29项,发明并研制的激光吸收光谱层析成像与电容层析成像融合传感系统将进一步推进研究航空发动机内部的燃烧机理研究。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(6)
专利数量(29)
Comparative study of regression modeling methods for online coal calorific value prediction from flame radiation features
火焰辐射特征在线煤炭发热量预测回归建模方法比较研究
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2014.10.081
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Lijun Xu;Yanting Cheng;Rui Yin;Qi Zhang
  • 通讯作者:
    Qi Zhang
Digital micro-mirror device-based detector for particle-sizing instruments via Fraunhofer diffraction
基于数字微镜装置的探测器,用于通过夫琅和费衍射进行粒度测定的仪器
  • DOI:
    10.1364/ao.54.005842
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Jiayi Zhou;Zhang Cao;Heng Xie;Lijun Xu
  • 通讯作者:
    Lijun Xu
Compressive sensing for particle size retrieval by using a digital micro-mirror device-based detector
使用基于数字微镜器件的探测器进行颗粒尺寸检索的压缩传感
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2016.08.020
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Jiayi Zhou;Zhang Cao;Heng Xie;Lijun Xu
  • 通讯作者:
    Lijun Xu
Flame monitoring of a model swirl injector using 1D tunable diode laser absorption spectroscopy tomography
使用一维可调谐二极管激光吸收光谱断层扫描对模型旋流喷射器进行火焰监测
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/aa5aee
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Liu, Chang;Cao, Zhang;Xu, Lijun
  • 通讯作者:
    Xu, Lijun
Digital Recursive Demodulator Based on Kalman Filter
基于卡尔曼滤波器的数字递归解调器
  • DOI:
    10.1109/tim.2017.2735660
  • 发表时间:
    2017-12-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Sun, Shijie;Xu, Lijun;Yang, Wuqiang
  • 通讯作者:
    Yang, Wuqiang

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其他文献

基于电磁感应的液体粘度在线测量方法研究
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  • 通讯作者:
    姜印平
多电极电磁流量计励磁线圈的优化与设计
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶仁道;周龙权;徐立军
  • 通讯作者:
    徐立军
中型玻璃纤维风电叶片静力失效特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王维庆
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电阻层析成像技术在两相流及空隙率测量中的应用
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  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    董 峰;许燕斌;乔旭彤;徐立军;徐苓安
  • 通讯作者:
    徐苓安

其他文献

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徐立军的其他基金

面向高速流场/燃烧场的激光分子示踪测速及二维速度场反演
  • 批准号:
    U2241259
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    2022
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    联合基金项目
燃煤火焰中间产物的在线监测与污染气体排放预测研究
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  • 批准年份:
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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