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| 編輯推薦： |
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本书入选“清华大学优秀博士学位论文丛书”系列，以工程过程为背景，提出新的在线诊断方法，并建立相应的理论体系，注重将工程问题与理论问题相结合。
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| 內容簡介： |
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本书涉及气相、凝聚相、等离子体的复杂火焰场广泛存在于实际工业燃烧及其调控过程中，如火焰合成纳米颗粒、煤燃烧、燃烧与壁面作用、等离子体及电场助燃等。在这些复杂火焰过程中，物质相态之间的相互作用及转换普遍存在，有很多亟待揭示的基础科学问题。本书结合气相合成这一实际应用所涉及的复杂火焰场，发展了针对性的在线光学诊断方法，探讨了火焰合成中多相态的转化和相互作用，并揭示了固体壁面和等离子体参与的主动调控机理。
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| 關於作者： |
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作者任翊华，博士，德国洪堡学者奖学金获得者，2020年Bernard Lewis奖获得者。2013年本科毕业于清华大学热能工程系，2018年博士毕业于清华大学能源与动力工程系。在Phys.Rev.Lett.， Phys.Rev.Appl.， Phys.Rev.E， Combust.Flame等多个国际权威期刊发表过学术文章。2019年1月在德国亚琛工业大学做博士后研究员。
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| 目錄：
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第1章引言
1.1研究背景与意义
1.1.1典型技术背景
1.1.2科学问题及其普遍意义
1.2研究现状
1.2.1在线光学诊断
1.2.2气相与凝聚相颗粒——火焰气溶胶合成
1.2.3气相与凝聚相壁面——近壁面复杂火焰场
1.2.4气相与等离子体——电场主动调控研究
1.3研究内容和技术路线
第2章复杂火焰场在线光学诊断方法研究
2.1本章引言
2.2相选择性激光诱导击穿光谱
2.2.1在线激光诊断平台
2.2.2相选择性激光诱导击穿光谱的物理机理
2.2.3相选择性激光诱导击穿光谱的定量测量
2.2.4相选择激光诱导击穿光谱的二维测量
2.2.5激光与物质相互作用相图
2.3基于波长调制的吸收光谱方法
2.3.1吸收光谱原理
2.3.2吸收光谱实验装置
2.3.3直接吸收测量
2.3.4波长调制光谱
2.4基于化学荧光辐射的光学重构方法
2.4.1轴对称重构
2.4.2非对称三维重构
2.5本章小结
第3章火焰合成中气相向颗粒相转化与作用机制研究
3.1本章引言
3.2火焰合成物理过程分析
3.3湍流火焰合成过程研究
3.3.1湍流火焰合成系统
3.3.2颗粒瞬态分布的诊断二维信号标定
3.3.3湍流火焰合成机理分析
3.4火焰掺杂合成过程研究
3.4.1掺杂合成装置
3.4.2掺杂合成机理分析
3.5本章小结
第4章壁面调控下的滞止火焰合成机理研究
4.1本章引言
4.2滞止平面火焰的结构与稳定性
4.2.1滞止火焰面结构分析
4.2.2滞止火焰燃烧稳定性分析
4.3纳米颗粒在滞止火焰场内的生成与沉积过程
4.4本章小结
第5章电场调控火焰稳定性研究
5.1外加电场调控火焰合成的机理分析
5.2火焰等离子体调控火焰动力学
5.2.1火焰等离子体主动调控方案
5.2.2电场实验装置
5.2.3电场诱导的火焰热声现象
5.2.4交流电场诱导声振荡的机制
5.3火焰的电动力学不稳定性
5.3.1交流电场与火焰的相互作用
5.3.2直流电场下的火焰不稳定性研究
5.4本章小结
第6章结论
6.1主要结论与创新点
6.1.1复杂火焰场在线光学诊断方法研究
6.1.2火焰合成中气相向颗粒相转化与作用研究
6.1.3壁面调控下的滞止火焰合成机理研究
6.1.4电场调控火焰稳定性研究
6.2建议与展望
参考文献
发表的学术论文
致谢
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| 內容試閱：
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涉及气相、凝聚相、等离子体相的复杂火焰场广泛存在于实际工业燃烧及其调控过程中，如火焰合成纳米颗粒、煤燃烧污染物生成、燃烧与壁面相互作用、等离子体及电场助燃等。在这些复杂火焰场中，不同物质相态之间的相互作用及转换普遍存在，有很多亟待揭示的基础科学问题。本书结合气相合成这一实际应用所涉及的复杂火焰场，发展了针对性的在线光学诊断方法，探讨了火焰合成中多相态的转化和相互作用，并揭示了固体壁面和火焰等离子体参与的主动调控机理。
本书首先发展了针对复杂火焰场的在线光学诊断方法。针对气相颗粒相环节，研究揭示了相选择性激光诱导击穿光谱的激发烧融击穿物理机制，并将其发展为一种可以测量气相向颗粒相转化并定量诊断颗粒体积分数的多维在线光学诊断方法。针对气相壁面环节，实现了与绝对光强无关的波长调制吸收光谱测量，并将其用于激光束遮挡的近壁面测量。针对气相等离子体环节，将火焰化学荧光辐射光谱与化学电离过程相关联，在轴对称和非轴对称下发展了火焰多维重构技术。
在气相颗粒环节，研究了对实际工业意义重大的湍流火焰合成和掺杂合成系统。首次测量了湍流火焰合成纳米颗粒体积分数的瞬态分布。其本征正交分解表明，湍流火焰通过脉动火焰面影响初始颗粒形成，下游大尺度的湍流涡结构决定了颗粒的稀释与混合。对于掺杂合成系统，V、Ti各自的相选择性激光诱导击穿光谱表明它们在成核后开始掺杂及发生能带变化，并且不同元素的信号强度比值可以直接反映金属元素在凝聚相中的比例。
在气相壁面环节，研究了壁面调控下的滞止火焰合成系统，探讨了壁面对火焰结构与稳定性的影响，进而分析了滞止壁面对颗粒生成及沉积的调控机制。局部无量纲Karlovitz数小于1可以作为滞止火焰的稳定性判据。首次实现了对滞止火焰场内颗粒沉积过程的二维测量，发现低温壁面有抑制颗粒烧结、促进边界层聚集和沉积的作用。
在气相等离子体环节，重点探讨了火焰等离子体在电场下对燃烧稳定性的调控机制。研究探讨了外加交流电场对火焰造成的主动脉动，发现独特的电致火焰热声振荡现象，这为燃烧主动调控提供了新的思路。火焰在电场下的复杂脉动行为源自等离子体与气体在电场下发生的双向耦合作用，在一定条件下该作用可以直接表现为一种全新的电动流体力火焰不稳定性。
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