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摘 要： 通过 HITRAN 数据库软件模拟CH4等分子在不同压力、温度下的光谱信号，分析光谱信号的特点，寻找对温度、压力等参数进行有效反演的方法，发现温度和压力对吸收谱线峰高，峰宽的影响不同，得到了峰面积和压强存在线性关系，峰面积和温度的关系较为复杂，不仅有一次函数，还有二次函数，以往的文献一般只报道了一次函数的情况。 利用差分方法， 分析在有多种组分下测量分子数浓度的方法，为定量分析气体浓度提供了理论基础。37355
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毕业论文关键词：吸收光谱 碳氢化合物 反演 压力 温度 浓度
The absorption spectral characteristics of several hydrocarbon in the process of combustion Abstract：Simulating the absorption spectral of CH4 molecule at different pressure and temperature by HITRAN database，analysis the characteristics of the spectrum signal,and looking for the way of effective inversion.Finding that the influence of pressure and temperature is different in absorption spectral.There is a linear relationship between peak area and pressure，and the relationship between peak area and temperature is a quadratic function.We usually figure out a linear relationship in other reports.Using a differential method to analyze the number of molecules when there are a variety of other molecules.
Keywords: absorption spectrum hydrocarbon Pressure temperature concentration
目录
1绪论 .. 1
1.1 课题研究背景和意义 .. 1
1.2 国内外研究现状 . 1
1.3 本课题研究目标和主要内容 .. 2
2光谱学基本知识 3
2.1 光谱学基本概念 . 3
2.2 谱线宽度和线型 . 4
2.3 气体吸收理论基础 5
3温度压强对吸收光谱的影响 . 6
3.1 测量波数的选择 . 6
3.2 峰面积的测量和计算 .. 6
3.3 压强对吸收光谱影响的定性与定量分析 8
3.4 温度对吸收光谱影响的定性与定量分析 9
4气体浓度对吸收光谱的影响 .. 11
5结论 14
6致谢 15
7参考文献 . 16
1绪论 1.1 课题研究背景和意义 以 CH4为代表的烃类物质是重要的燃料的同时也是重要的大气污染物。作为燃料，准确测量烃类物质的浓度对提高内燃机的工作效率有重要意义，内燃机工作效率的提高有赖于内燃机循环初始变量的精确测量，需要高温高压环境下碳氢燃料分解模型的准确建立。 提高内燃机的效率，不仅减少了能源的浪费，也降低了有毒、有害气体的排放。热机的燃烧场诊断和流场监测， 将吸收光谱定量分析应用在燃烧场的诊断和流场监测[1]，目前国外已有报道在汽轮机和脉冲爆轰发动机上的运用；作为大气污染物， 准确地测量其含量有助于人们监控环境污染。甲烷作为温室气体的效果是的二氧化碳的 25 倍。综上所述，探究以 CH4为代表的烃类物质的在燃烧条件下，反演温度、压强和浓度将有助于精确燃烧模型的建立，为提高内燃机效率提供了可能。同时精确测量大气中甲烷有助于对当前气候变暖的监测和研究。
1.2 国内外研究现状 定量分析气体的温度、压强、浓度一直有着现实的需求，在早期由于技术手段的限制，人们只能采用定性分析的方法。随着光谱分析技术的发展，特别是激光的发明与运用，气体的定量分析成为了可能[2]。当前气体定量分析的现实需求主要是以下几个方面：一是对危险气体的监测，在矿山生产中，时常会产生各种有毒有害气体（如甲烷） ，这些气体往往无色无难以察觉，常造成各种严重的人员伤亡和财产损失。二，热机的燃烧场诊断和流场监测，传统的内燃机的热效率非常低，目前市面上量产的主流汽油机的效率大约在 30％左右，制约传统内燃机效率提高的很重要的一个原因是燃料燃烧的不充分。燃料的充分燃烧需要对燃烧化学过程有着精确的数学模型， 同时也需要能够实时检测燃烧环境的各种参数，如温度、压力、浓度等。 由于高超音速推进技术在军事上的巨大潜能， 进来各种高超音速发动机迅速发展，例如超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机等，但这些高超音速发动机并不像传统的涡轮喷气式发动机、 涡扇喷气式发动机那样可靠，主要是极端条件下的发动机工作情况无论在理论还是实验上都没有令人满意的工作。利用高温高压下的吸收光谱进行定量分析将有助于高超音速技术在未来得到广泛应用。 三、 大气环境监测，自工业革命之后，人类活动对自然环境的影响日益显现，气候变暖成为不争的事实。有效监测大气中各种成分的含量，将帮助人们掌握气候变化的进程。 当前气体定量分析中的拟合方法主要有如下几种方法。 人工神经网络是一种自适应系统， 其能够根据外界环境的改变而改变自身内部结构。人工神经网络现在常用来对具有复杂输入输出关系的非线型系统进行建模。已有文献报道通过人工神经网络技术处理了光谱强度和气体浓度之间的非线性关系[3]。 最小二乘法。通过假设的拟合函数，计算与实际测量值的偏差的平方值，如果平方值较小，则说明假设的函数和实际测量值符合的比较好，我们就可以用这个函数来表示实际系统的数量关系。 峰面积法和峰高法。一般情况下，随着诸如压力、温度、浓度等变量的改变，谱线的峰高、缝宽、基线势必要发生变化。可以寻找变量和峰高、峰面积之间的关系。峰面积法使用较广，因为当环境变量改变时，峰高、缝宽、基线可能会同时变化，而峰面积和峰高、缝宽、基线都有关系，单独使用峰高、峰宽中的任何一个都有可能得到不完整的结论，比如压强不断增大，峰宽不断变大，但是峰高的变化却停止，如果这时采用峰高来寻找定量关系，不可能得到令人满意的结果[4]。