[發明專利]一種基于輻射譜線測量碳氫發煙火焰溫度和發射率的方法

有效

• 申請號: 202010026263.5
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111238662B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 柳華蔚;鄭樹
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60;G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于輻射譜線測量碳氫發煙火焰溫度和發射率的方法，該方法首先利用光譜檢測設備獲得待測火焰輻射譜線；設定可能的溫度上下限，從溫度下限開始，以初始步長增加溫度，遍歷設定的溫度范圍，并在每一個溫度值以譜線中間波長處輻射強度為計算起始點，分別向長波和短波區域計算輻射強度，計算波長區域與檢測譜線相同，因而可以對每一個溫度值擬合出一條輻射譜線；評估每一條擬合輻射譜線與測量譜線的差異，并確定其中最接近的譜線所對應的溫度值，即為初始步長精度下的最佳溫度；圍繞已經得到的最佳溫度，不斷縮小溫度范圍和溫度步長，不斷提高最佳溫度的精度，需求精度條件下的最佳溫度和發射率分布即為輸出結果。

技術領域

本發明涉及火焰溫度和發射率分布測量方法，特別是涉及一種輻射譜線測量火焰溫度和發射率的方法，屬于火焰光譜分析技術領域。

背景技術

輻射傳熱是熱量傳遞的三種主要方式之一，隨著溫度的升高，輻射傳熱的作用顯著增強，因而基于輻射的溫度測量技術是一種重要的測溫手段，尤其是對燃燒火焰這類高溫、動態、對擾動敏感，近距離測量難以實現的對象，輻射測溫技術有明顯的優勢。輻射能量是溫度和發射率的函數，通過光譜檢測設備可以很容易地得到待測火焰的輻射譜線，測量得到的輻射譜線通常包含一定的噪聲，而現有的基于輻射譜線實施的測溫方法均較易受到測量噪聲的干擾，所以發展一種基于發射譜線可靠地給出溫度和發射率分布的測量方法具有重大的實際意義。

發明內容

為了克服現有基于輻射譜線的測溫方法抗噪性能較差的不足，本發明提供了一種基于輻射譜線測量碳氫發煙火焰溫度和發射率的方法，該方法能夠基于輻射譜線有效地給出碳氫發煙火焰的溫度和發射率隨波長的分布。

本發明所采用的技術方案如下：

一種基于輻射譜線測量碳氫發煙火焰溫度和發射率的方法，該方法包括如下步驟：

1)利用光譜檢測設備獲得待測火焰輻射譜線，輸出測量范圍內的設備響應值及相應火焰不同波長的輻射強度；

2)設定可能的溫度上下限(碳氫火焰溫度一般低于4000K，可直接設定初始溫度范圍為0K至4000K)，從溫度下限開始，以100K為步長增加溫度，遍歷設定的溫度范圍；

3)對于步驟2)中每一個溫度值，以譜線中間波長處輻射強度為計算起始點，分別向長波和短波區域計算輻射強度，計算波長區域與檢測譜線相同，每一波長下的輻射強度按照以下公式(Ⅰ)計算：

式中，I(λ₁)為計算起始點輻射強度，λ₁為計算起始點處波長，λ₂為待計算輻射強度處波長，T為溫度，c₁為第一輻射常數，c₂為第二輻射常數，E(m)是煙黑復折射率m的函數；

4)對于步驟3)中擬合得到的每一條輻射譜線，計算該條譜線與測量譜線的總偏差，用以下公式(Ⅱ)評估兩條譜線的接近程度：

式中，N為輻射譜線的總波長數，α_i為第i個波長下歸一化后的光譜檢測設備響應值，引入這一參數是為了減小設備響應值較低波段下可靠性較低的輻射強度對于計算結果的影響，I_cal,i和I_mea,i分別是擬合譜線和實際測量譜線在第i個波長下的輻射強度；

5)確定步驟4)中與測量譜線最接近的譜線所對應的溫度值，即為100K步長精度下的最佳溫度；

6)圍繞步驟5)中得到的最佳溫度，縮小溫度上下限及步長，重復上述過程，找到更高精度下的最佳溫度，縮小后的溫度上下限需至少覆蓋步驟2)中的兩個步長；

7)不斷縮小溫度上下限及步長，提高計算精度，直到得到需求精度下的最佳溫度；