[發明專利]一種基于瑞利近似測量生物質火焰溫度和發射率的方法

有效

• 申請號: 202010026274.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111238663B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 鄭樹;韓磊;柳華蔚;李心語;陸強
• 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

一種基于瑞利近似測量生物質火焰溫度和發射率的方法，包括以下步驟：1、利用光譜儀獲得待測火焰光譜輻射強度與波長數據并計算得到光譜輻射源項；2、基于瑞利近似假設，將輻射源項表示為碳煙顆粒體積分數和溫度的函數；3、得到相鄰波長的輻射源項對應關系；4、假定溫度值，選取中間波長與輻射源項為初值，求解相鄰波段的輻射源項，并逐步求解至整個波段，并得到對應輻射強度曲線；5、以相對殘差的1范數評估計算輻射強度與測量輻射強度的偏差；重復4、5步驟，逐步提高計算精度直到收斂，將收斂的溫度視為溫度的測量結果，并得到發射率。本方法能夠根據待測生物質火焰光譜強度得到待測生物質火焰的溫度和隨波長變化的發射率分布，結果可靠。

技術領域

本發明屬于火焰光譜分析技術領域，尤其是涉及一種基于瑞利近似測量生物質火焰溫度和發射率的方法。

背景技術

作為繼石油等石化能源之后的第四大能源，生物質能源的利用潛力巨大，在能源體系中占有重要地位。相比于傳統燃料，不同種類的生物質燃料在密度、水分、熱值方面均有差異，生物質燃燒過程中的溫度、速率、燃燒穩定性等燃燒特性也隨之變化，因而進行生物質燃料的燃燒特性研究意義重大。

當生物質燃料在鍋爐里燃燒時，會發生一系列復雜的物理化學反應，并向周圍空間發出熱輻射。對于這種爐膛內部高溫度、無法近距離測量、變化復雜的對象，無法使用熱電偶、熱電阻等接觸式測溫方式，因此基于輻射傳熱測溫是一種實用且重要的測量方法。利用光譜的原理檢測生物質火焰可以獲得多波長下的火焰輻射光譜信息，得到隨波長變化的輻射強度，而輻射能量與溫度和波長均有關，因此基于光譜輻射強度測量溫度是十分可取的。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種基于瑞利近似測量生物質火焰溫度和發射率的方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：利用光譜儀獲得待測生物質火焰光譜輻射強度，輸出光譜儀測量范圍內相應火焰波長與光譜輻射強度，假設沿測量方向火焰輻射源項均勻分布，可以得到：

H(λ,T)＝I(λ,T)/L

式中，I為輻射強度，H為光譜輻射源項，λ為波長，T為溫度，L為火焰厚度；

步驟2：根據瑞利近似假設，將光譜輻射源項表示為：

式中，κ為吸收系數，fv為煙黑顆粒體積分數，I_b為黑體輻射強度，c₁＝3.741832×10⁸W·μm⁴/m²，為第一輻射常數，c₂＝1.4388×10⁴μm·K，為第二輻射常數；

發射率ε與吸收系數κ有如下關系：

ε＝1-e^(-κL)

步驟3：選取中間波段的波長λ_mid和輻射源項H_mid作為初值，假定一個初始溫度，所述初始溫度不低于800K，生物質火焰溫度一般低于2500K，設定初始溫度范圍800-2500K，將波長λ_mid和輻射源項H_mid作為初值求解相鄰波段λ_mid-1和λ_mid+1相對應的H_mid-1和H_mid+1，并繼續求解相鄰波段的輻射源項，并逐步求解至整個波段，進而得到整個波段的輻射強度曲線；

步驟4：以相對殘差的1范數評估兩條輻射強度曲線的偏差：

式中，I_measure為測量的輻射強度值，I_cal為計算的輻射強度值；