[發(fā)明專利]一種炭煙火焰溫度測量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011459543.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112556859A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣利橋;顧鋮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 鄧潮彬;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種炭煙火焰溫度測量方法，涉及燃料燃燒火焰溫度測量技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括：基于黑體輻射普朗克定律，利用波長、黑體溫度、第一輻射常數(shù)和第二輻射常數(shù)構(gòu)建黑體輻射強(qiáng)度；利用所述黑體輻射強(qiáng)度以及發(fā)射率，構(gòu)建在溫度T與波長λ處的輻射強(qiáng)度；基于雙色法測溫法，利用所述輻射強(qiáng)度構(gòu)建炭煙火火焰溫度模型；根據(jù)所述炭煙火火焰溫度模型獲得炭煙火焰溫度。本發(fā)明簡化了炭煙火焰溫度測量的復(fù)雜性，同時(shí)保證測量的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料燃燒火焰溫度測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種炭煙火焰溫度測量方法。

背景技術(shù)

來自燃料燃燒釋放化學(xué)能提供了當(dāng)今世界80％以上能源消耗，但燃料燃燒中同時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種污染物，其中的不完全燃燒產(chǎn)生的炭煙是導(dǎo)致PM2.5等可吸入固體顆粒物的主要來源之一。研究火焰中炭煙生成特性與機(jī)理是進(jìn)一步開發(fā)出減少可吸入顆粒排放技術(shù)的基礎(chǔ)，需要對(duì)炭煙火焰溫度場進(jìn)行準(zhǔn)確測量。同時(shí)，高溫火焰中的炭煙也是輻射源，可以依據(jù)其輻射特性進(jìn)行火焰溫度場分布測量。

國內(nèi)外現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)的眾多炭煙火焰溫度測量方法，其中的光學(xué)測試具有非接觸、響應(yīng)速度快和能夠二維成像測量的優(yōu)點(diǎn)，如其中的炭煙火焰雙色法測溫已經(jīng)成為基本炭煙火焰溫度測量方法。雙色法中需要知道炭煙火焰發(fā)射率在不同波長下的比值，從而根據(jù)黑體和灰體輻射定律計(jì)算溫度場。因此，不同的炭煙火焰發(fā)射率處理方法形成不同的雙色法。第一種最簡單的處理方法是假設(shè)炭煙為灰體進(jìn)行火焰自發(fā)輻射信號(hào)處理，認(rèn)為發(fā)射率是常數(shù)不隨波長變化，這種測量方法在雙色法采用兩個(gè)波長很接近是合理的，如兩個(gè)波長差不超過40nm。然而，當(dāng)選取兩個(gè)波長接近時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輻射信號(hào)強(qiáng)度也基本接近，而當(dāng)波長具有一定差別時(shí)，發(fā)射率不變假設(shè)偏離實(shí)際，這兩種情況均會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果與真實(shí)值偏離。另一種常用方法是調(diào)制雙色法實(shí)現(xiàn)炭煙火焰溫度場測溫，該方法利用炭煙火焰的消光特性測量低濃度炭煙的實(shí)際發(fā)射率，需要同時(shí)測量有無激光下火焰輻射信號(hào)，這種方法國外最先發(fā)展，國內(nèi)應(yīng)用也逐漸成熟。與常規(guī)單色、雙色法測溫技術(shù)相比，調(diào)制消光雙色法減少了測溫的不確定性，但需要激光發(fā)生與檢測設(shè)備，比較復(fù)雜。第三種方法是直接對(duì)發(fā)射率隨波長變化進(jìn)行關(guān)系式的假設(shè)，通過測量確定發(fā)射率隨波長的變化參數(shù)，從而直接獲得在兩個(gè)波長下發(fā)射率比值，通過測量炭煙火焰的自發(fā)輻射信號(hào)，處理后計(jì)算得出溫度。這種方法在發(fā)射率與波長關(guān)系標(biāo)定時(shí)與有一定的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種炭煙火焰溫度測量方法,通過改善發(fā)射率的處理方法，簡化了炭煙火焰溫度測量的復(fù)雜性，同時(shí)保證測量的準(zhǔn)確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種炭煙火焰溫度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

基于黑體輻射普朗克定律，利用波長、黑體溫度、第一輻射常數(shù)和第二輻射常數(shù)構(gòu)建黑體輻射強(qiáng)度；

利用所述黑體輻射強(qiáng)度以及發(fā)射率，構(gòu)建在溫度T與波長λ處的輻射強(qiáng)度；

基于雙色法測溫法，利用所述輻射強(qiáng)度構(gòu)建炭煙火火焰溫度模型，并根據(jù)Hottel和Broughton發(fā)射率模型關(guān)系式對(duì)所述發(fā)射率進(jìn)行改進(jìn)，獲得改進(jìn)的炭煙火火焰溫度模型；

根據(jù)改進(jìn)的炭煙火火焰溫度模型獲得炭煙火焰溫度。

如上所述的炭煙火焰溫度測量方法，進(jìn)一步地，所述黑體輻射強(qiáng)度為：

c₁——3.741844×10^-16W.m²，第一輻射常數(shù)；

c₂——1.438791×10^-2m.K，第二輻射常數(shù)；

λ——波長；

T——黑體溫度。

如上所述的炭煙火焰溫度測量方法，進(jìn)一步地，在溫度T與波長λ處的輻射強(qiáng)度為：