CS₂燃烧火焰光谱辐射模型的构建与特征污染产物浓度反演研究

作者：彭吴迪; 宁甲练; 陈志莉; 唐瑾; 刘礼喜; 陈林

来源：光谱学与光谱分析, 2022, 42(03): 672-677.

• 二硫化碳
• 火焰光谱
• 光谱辐射模型
• 气体浓度定量反演

CS2在当今化工等领域占据了重要地位，而CS2火灾污染事故危害性极大。通过研究CS2燃烧火焰光谱辐射以探究其火灾污染特性极为必要。搭建了CS2燃烧火焰光谱测试平台，采用黑体辐射源对VSR仪器进行了标定，通过多用途傅里叶变换（VSR）红外光谱辐射仪测试了5, 10和20 cm三种燃烧尺度下CS2燃烧的火焰光谱，并通过热电偶测试了整个燃烧时间段内不同燃烧时刻下的火焰温度，以及在火焰上方安装了烟气分析仪对火焰中的燃烧产物浓度进行监测。测量了CS2整个燃烧时间段内火焰温度，以及不同燃烧时间、不同燃烧尺度下的火焰光谱、燃烧产物组分信息。测试结果表明，CS2火焰中主要含有高温SO2, CO2, CO气体和空气中卷入的H2O分子，并获取了特征污染产物SO2的浓度。由于现有光谱仪测量分辨率有限，室内实验测量的火焰尺度有限，为了能实现火灾在线监测需要建立一个火焰光谱辐射模型来反演CS2火灾时的污染物浓度相关信息。基于HITRAN数据库可知在2.7μm附近为高温水蒸气的发射峰，4.2μm附近特征峰为高温CO2气体的发射峰，4.7μm附近有CO微弱的发射峰，在7.4μm附近特征峰为高温SO2气体的发射峰，并获得了CS2燃烧时产生的SO2, CO2, CO和H2O气体在火焰燃烧相同温度下的吸收系数，通过计算得到了CS2燃烧时产生的SO2, CO2, CO和H2O混合气体的透过率与发射率，并结合气体辐射传输方程、气体吸收系数等方程，创建了CS2燃烧的火焰光谱辐射模型。利用该光谱辐射模型反演了不同燃烧时间下特征污染产物SO2的浓度，并与实验测得的数据进行了对比分析。结果表明，该模型精度高，可用于燃烧产物浓度的定量化反演，SO2分子含量在燃烧时间20, 40, 60和80 s时的反演精度分别是89.5%, 82.5%, 85.6%和86.5%。为遥感反演CS2型大尺度火灾中燃烧产物的浓度奠定基础。

• 单位
  环境科学与工程学院; 桂林理工大学