Thesis:

Medición de temperatura del hollín a través de la técnica de incandescencia inducida por láser resuelta temporalmente utilizando ventanas temporales

En este trabajo se utilizó una metodología de ventanas temporales de diagnóstico de incandescencia inducida por láser de tiempo resuelto (TiRe-LII) para determinar la temperatura del hollín. Se adoptó un procedimiento de validación para verificar la robustez del método basado en simulaciones numéricas. Este procedimiento consideró un modelo de balance de energía basado en la física de una partícula de hollín para simular la temperatura de la partícula, la evolución temporal de la señal de LII y recuperar la temperatura efectiva teórica. Utilizando una distribución de tamaño de partícula impuesta, fue posible obtener el diámetro medio geométrico de la partícula y la temperatura de la partícula siguiendo un procedimiento de optimización. El modelo de optimización consistió en minimizar el error entre el decaimiento de la temperatura efectiva teórica y experimental. Las señales de LII experimentales de tiempo resuelto se obtuvieron en tres puertas de detección diferentes para mejorar la relación señal-ruido. Las señales de LII se capturaron a dos longitudes de onda, lo que permitió estimar la temperatura efectiva, el diámetro medio de Sauter y, finalmente, la temperatura real del hollín dentro de la llama. Se probaron diferentes alturas sobre el quemador, incluyendo diferentes posiciones radiales con una resolución espacial de 200 μm. La temperatura real del hollín se determina para tiempos de enfriamiento prolongados (>8000 ns) del decaimiento de la temperatura efectiva del hollín experimental. Los resultados experimentales concuerdan bien con el decaimiento de la temperatura efectiva teórica, proporcionando información adicional y validando el procedimiento. Por último, se compararon los decaimientos de temperatura del hollín obtenidos a partir de TiRe-LII con la temperatura del hollín determinada mediante pirometría de absorción/emisión, obteniéndose en general una diferencia de 70 K.

A dynamic gate of time resolved laser induced incandescence (TiRe-LII) diagnostic is used to determine soot temperature. A validation procedure was adopted to verify the robustness of the method based on numerical simulations. This procedure considered a physical based energy balance model over a soot particle to simulate the particle temperature, the temporal evolution of the LII signal, and to retrieve the theoretical effective temperature. Using an imposed particle size distribution, it was possible to retrieve the geometric mean particle diameter, and the particle temperature, following an optimization procedure. The optimization model consisted in minimizing the error between the theoretical and experimental effective temperature decay. The time-resolved experimental LII signals were obtained at three different detection gates in order to enhance the signal noise ratio. LII signals were captured at two wavelengths, allowing to estimate the effective temperature, Sauter mean diameter and finally, the actual soot temperature inside the flame. A height above the burner was tested, including different radial positions with a spatial resolution of 200 μm. The actual soot temperature is determined for long cooling times (>8000 ns) of the experimental effective soot temperature decay. The experimental results are in good agreement with the theoretical effective temperature decay, providing further information and validating the procedure. Finally, the soot temperature decays obtained from TiRe-LII were compared with the soot temperature determined from absorption/emission pyrometry obtaining in overall a difference of 70 K.