[發明專利]一種甲烷水合物火焰溫度測試裝置及測溫修正方法

有效

• 申請號: 202010023047.5
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111189552B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 崔淦;劉建國;王愛玲;劉翠偉;董增瑞;王順;邢瀟;李自力
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01K7/04
• 分類號: G01K7/04;G01K7/10;G01K1/14;G01N25/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種甲烷水合物火焰溫度測試裝置，其特征在于，包括燃燒室、熱電偶測溫系統和火焰拍攝系統；所述燃燒室包括對稱設置的兩個支撐桿，其中一個支撐桿上安裝測力傳感器和樣品測溫熱電偶，樣品測溫熱電偶一端放置待測樣品，另一端與測力傳感器連接，測力傳感器通過第一夾具與支撐桿連接；

所述熱電偶測溫系統設有至少兩個高度不同的檢測點，檢測點處設有兩個安裝在支撐桿上的火焰測溫熱電偶；

所述檢測點處設有第一火焰測溫熱電偶和第二火焰測溫熱電偶，第一火焰測溫熱電偶的節點位于待測樣品中心的正上方，第二火焰測溫熱電偶的節點與第一火焰測溫熱電偶的節點具有設定距離；檢測點設置的火焰測溫熱電偶均處于同一平面；

所述火焰溫度測試裝置的火焰測溫修正計算方法，其步驟包括：根據測溫數據及熱輻射定律，計算偶絲節點對外輻射熱損失：

式中：Q_r為輻射熱損失；ε為偶絲節點發射率；σ為斯忒藩-玻爾茲曼常數；A_s為偶絲節點表面積；T₀為火焰中心處的溫度測量值；T_e為環境溫度；

在火焰相同高度處采用兩支節點相距1～3mm的熱電偶測定火焰中心附近的溫度梯度，計算偶絲導熱損失：

式中：Q_c為導熱損失；λ₁、λ₂為偶絲熱導率；A_w為偶絲截面積；T₁為補償熱電偶的溫度測量值；Δl為偶絲節點間距；

依據標準煙氣的熱物理參數并采用由水合物質量變化估算的煙氣流速，計算偶絲節點從火焰中獲得的對流吸熱量：

Q_i＝hA_s(T_g-T₀)

式中：Q_i為節點對流吸熱量；h為對流傳熱系數；T_g為測量點處煙氣的實際溫度；

對流傳熱系數h的計算方法：

Nu＝2+0.552Re^1/2Pr^1/3

式中：Nu為煙氣的努塞爾數；λ為煙氣的熱導率；D為偶絲節點直徑；Re為煙氣的雷諾數；Pr為煙氣的普朗特數；

最后根據整體的傳熱平衡，有：

Q_i＝Q_r+Q_c

綜合上述各式，可迭代計算出真實煙氣溫度T_g，即為火焰溫度修正值。

2.如權利要求1所述的火焰溫度測試裝置，其特征在于，所述熱電偶測溫系統包括多通道數據采集模塊，其與樣品測溫熱電偶和各火焰測溫熱電偶連接，內置有冷端補償溫度傳感器，可對多支熱電偶的信號進行同步采集。

3.如權利要求1所述的火焰溫度測試裝置，其特征在于，所述火焰拍攝系統包括高速攝像機和三腳架，高速攝像機與三腳架連接設置于燃燒室正前方。

4.如權利要求1所述的火焰溫度測試裝置，其特征在于，所述待測樣品為甲烷水合物。

5.如權利要求1所述的火焰溫度測試裝置，其特征在于，所述兩個支撐桿分別為第一支撐桿和第二支撐桿，所述第一火焰測溫熱電偶與第一支撐桿連接，第二火焰測溫熱電偶與第二支撐桿連接。

6.如權利要求5所述的火焰溫度測試裝置，其特征在于，所述火焰測溫熱電偶通過升降支架與支撐桿的第二夾具連接，實現高度調節。

7.如權利要求6所述的火焰溫度測試裝置，其特征在于，所述升降支架主體為鋼制圓柱，其一端通過第二夾具固定于支撐桿上，伸出長度可調，另一端設置一開孔的鐵塊，通過旋轉孔中的螺柱改變孔道大小，用于安裝熱電偶。

8.一種采用如權利要求1-7任一所述的火焰溫度測試裝置的使用方法，其特征在于，步驟包括：采用冰粉法制備高含氣率甲烷水合物球，每個甲烷水合物球均插入金屬短管；

開啟數顯系統并連接熱電偶數據采集接口，將甲烷水合物球套置于樣品測溫熱電偶上以測量其中心溫度；實時監測甲烷水合物球中心溫度變化，當中心溫度升至設定值時，點燃甲烷水合物球；

通過火焰拍攝系統記錄的火焰圖像信息測得火焰高度變化，完成水合物球火焰高度的獲取，確定火焰溫度測量的空間范圍；

采用4支完全相同的火焰測溫熱電偶，同一高度處左右對稱布置2支，火焰測溫熱電偶節點相距1～3mm，其中位于左側的第一火焰測溫熱電偶節點位于球心的正上方，作為主測溫點；位于右側的第二火焰測溫熱電偶熱電偶節點偏離球心，作為補償測溫點，完成火焰溫度測點的空間布置；

保存測力傳感器及熱電偶測溫數據，待熱電偶冷卻后可進行重復實驗測試；

根據溫度修正原理完成火焰測溫數據的計算修正。