[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

本發明提供了一種甲烷水合物火焰溫度測試裝置及測溫修正計算方法，測試裝置包括燃燒室、熱電偶測溫系統、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；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；所述火焰拍攝系統用于拍攝燃燒室內的燃燒狀況。測試裝置造價低廉，使用便捷，占地空間小，可靠性強，非常適用于甲烷水合物燃燒特性實驗研究，測溫修正方法顯著減小了熱電偶的火焰測溫誤差，簡明有效，普適性強，大大提高了數據處理效率。

技術領域

本發明涉及火焰溫度實驗測試技術，具體涉及一種甲烷水合物火焰溫度測試裝置及測溫修正方法。

背景技術

近年來隨著能源需求的逐漸增長，甲烷水合物的開發與應用正受到越來越多的關注。由于其易燃特性，甲烷水合物燃燒方面的理論突破成為保障其安全開采及儲運的關鍵，因此甲烷水合物的燃燒特性已成為當前的研究熱點。作為燃燒特性的重要組成部分，火焰溫度對評估甲烷水合物的危險性具有重要意義。不同于傳統氣體燃料的燃燒，由于水分蒸發及自保護效應，甲烷水合物的火焰結構復雜，存在強烈的不穩定性，火焰溫度的測量較為困難。

目前，國外學者測量甲烷水合物火焰溫度時采用了熱成像法和細絲高溫計法。然而，熱成像法測量火焰溫度存在如下缺點：測得溫度為路徑上火焰的平均溫度，無法準確表征局部溫度；對于高溫火焰，由于亮度太高將導致部分色彩失真，測量誤差較大；儀器標定困難且沒有統一標準；造價昂貴，成本高。細絲高溫計(TFP)測量火焰溫度存在如下缺點：操作過程繁瑣，須進行圖像采集和處理并需要頻繁標定細絲溫度與亮度的變化關系；標定誤差難以避免，測量精度不確定性較大；細絲某點輻射的光強不只與火焰溫度有關，還與該點鄰近位置的熱量傳遞有關，需要對溫度測量值進行計算修正。綜上所述，熱成像法和細絲高溫計法應用于甲烷水合物火焰溫度的測量尚存在很多局限。熱電偶測溫法是最常用的接觸式測溫方法，具有操作簡單、測量直接、成本低廉等優點，現有技術已十分成熟，容易推廣普及。然而熱電偶測量火焰溫度過程中由于存在輻射、導熱損失，測得火焰溫度偏低，其測量誤差不可忽略，需要進行溫度修正。

發明內容

鑒于現有火焰測溫方法的不足，本發明提供一種甲烷水合物火焰溫度測試裝置及測溫修正方法，采用熱電偶測溫，通過熱電偶測點的合理布置及熱電偶對的測溫補償，實現了對水合物火焰溫度的獲取和準確修正。該測試裝置結構簡單，使用便捷，可操作性強，經濟性高，所采用的溫度修正方法顯著減小了熱電偶測溫誤差，使修正溫度值更貼近于真實值，為甲烷水合物的燃燒火焰特性研究提供了有力技術支持。

為達到上述目標，本發明實施的方案如下：

第一方面，本發明提供了一種甲烷水合物火焰溫度測試裝置，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；

所述火焰拍攝系統用于拍攝燃燒室內的燃燒狀況。

進一步的，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。

進一步的，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安裝在第一支撐桿，第二火焰測溫熱電偶安裝在第二支撐桿。

進一步的，所述熱電偶測溫系統包括多通道數據采集模塊，多通道數據采集模塊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。