[發明專利]一種測量高溫高壓混合氣體輻射特性的裝置和方法

在審

• 申請號: 201710554449.6
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107271049A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 成克用;淮秀蘭;李勛鋒;周小明
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及一種測量高溫高壓混合氣體輻射特性的裝置和方法，可以用于研究不同溫度、壓力、組分條件下氣體的輻射特性。

背景技術

各種物質的輻射率是表征物質輻射本領的物理量，是一項重要的物性參數，在很多領域發揮著重要作用。例如，國防領域中，是對導彈尾部火焰、蒙皮的輻射特性的認知和預警、隱身的關鍵。再如，在能源利用、遙感、遙測、輻射測溫、紅外加熱、醫學理療等領域中也具有重要的應用價值。

近年來，由于國防、材料、能源技術的快速發展，氣體輻射特性在越來越多的領域占據重要位置，尤其是高溫、高壓環境下。目前，針對高溫高壓條件下混合氣體的輻射特性方面，已經展開了大量的理論研究，但還缺少對高溫高壓條件下混合氣體的輻射特性進行研究的裝置和方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明提供一種測量高溫高壓混合氣體輻射特性的裝置和方法，用以解決上述問題。

(二)技術方案

一種測量混合氣體輻射特性的裝置，包括：

供氣系統，用于提供多種單組分氣體，并將多種單組分氣體混合；

加熱系統，包括氣體預熱器和加熱爐，加熱爐設置在氣體預熱器和供氣系統下游；

測量系統，包括激光測量裝置和實驗段，所述實驗段設置在加熱爐內部，所述實驗段內部流通有預熱后的混合氣體，加熱爐用于加熱實驗段內的混合氣體，激光測量裝置用于測量實驗段內混合氣體的輻射特性。

優選地，所述供氣系統包括氣瓶、水蒸汽發生器和混合器；

所述氣瓶用于提供單組分氣體，氣瓶和水蒸汽發生器均連接至混合器。

優選地，所述加熱系統包括：

單組分氣體預熱器，設置在氣瓶和混合器之間，用于預熱單組分氣體；

混合氣體預熱器，設置在混合器下游，用于預熱混合氣體；

加熱爐，設置在混合氣體預熱器下游，用于加熱實驗段內混合氣體。

優選地，

所述供氣系統包括至少兩個氣瓶，每個氣瓶連接一條單組分氣體支路，所述單組分氣體支路沿氣流方向依次設置有氣瓶、減壓器、單組分氣體預熱器和流量控制器；

水蒸氣發生器連接一條水蒸氣支路，所述水蒸氣支路沿氣流方向依次設置有水蒸氣發生器和流量控制器；

單組分氣體支路和水蒸氣支路在末端匯聚為一條混合氣體管路，在該混合氣體管路上沿氣流方向依次設置有單向閥、混合器、混合氣體預熱器、實驗段、真空泵、截止閥和氣體冷卻器。

優選地，所述激光測量裝置包括激光器、光纖探頭、光信號接收器和光譜儀；

所述激光器與光纖探頭連接，位于實驗段一端；光信號接收器與光譜儀連接，位于實驗段另一端。

優選地，所述實驗段包括測試腔體、藍寶石玻璃、石棉墊片、外螺紋螺母、支撐、進氣管路和出氣管路；

所述測試腔體為中空管狀結構，通過支撐填充在加熱爐內部；

所述測試腔體兩端通過藍寶石玻璃、石棉墊片和外螺紋螺母密封；

所述測試腔體管壁處開有進氣口和出氣口，所述進氣口用于使預熱后的混合氣體進入測試腔體，所述出氣口用于調節測試腔體內壓力。

一種測量混合氣體輻射特性的方法，利用上述的測量混合氣體輻射特性的裝置，包括以下步驟：

S1：對裝置進行抽真空，并測量真空狀態下的原始光譜特性；

S2：測量單組分氣體N₂的光譜數據，作為參考值；

S3：關閉裝置，重復S1；

S4：測量混合氣體的光譜數據，并與參考值進行對比分析。

優選地，

所述步驟S2包括：

S21：開啟其中一條單組分氣體N₂支路上的單組分氣體預熱器、混合氣體預熱器和加熱爐，并調節溫度；

S22：開啟所述支路上的氣瓶和減壓閥，經單組分氣體預熱器預熱后流經流量控制器、單向閥、混合器和混合氣體預熱器，進入測試腔體；

S23：被加熱爐加熱至預定溫度，通過測試腔體出氣口調節測試腔體內壓力至預定壓力，通過激光測量裝置測量單組分氣體N₂的光譜數據，作為參考值。

優選地，

所述步驟S4包括：

S41：開啟多條單組分氣體支路上的單組分氣體預熱器、混合氣體預熱器和加熱爐，并調節溫度；

S42：開啟所述多條單組分氣體支路上的氣瓶和減壓閥，以及水蒸氣支路，氣體進入混合器進行混合；