[發明專利]一種基于多光譜輻射強度圖像計算超燃沖壓發動機燃燒室火焰溫度與發射率的方法

有效

• 申請號: 202210493693.7
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN115014776B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 孫明波;鄭樹;朱家健;李慶;才偉光;王巖;張明軒;陸強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學;華北電力大學
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04;G01J5/00
• 代理公司: 北京惠森至誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11992
• 代理人: 王園園

一種基于多光譜輻射強度計算超燃沖壓發動機燃燒室火焰溫度與發射率的方法，首先使用多光譜成像設備測量超燃沖壓發動機燃燒室火焰二維多光譜輻射強度，為待測火焰溫度與發射率賦任意初值并設置阻尼系數，采用優化Levenberg?Marquarelt算法求解火焰溫度與火焰吸收能力，通過比較迭代前后的誤差對阻尼系數進行放縮以此求解迭代步長，利用迭代步長對火焰溫度與火焰吸收能力進行修正直至求解結果不隨迭代階數增加而變化時，視為得到火焰真實溫度與發射率。本發明的火焰溫度與發射率迭代求解方法可根據火焰光譜輻射強度圖像獲得火焰溫度與發射率的二維空間分布，迭代結果不受迭代初值影響，綜合了牛頓迭代法收斂速度快與最速下降法全局收斂的優點，結果可靠。

技術領域

本發明涉及基于火焰光譜輻射強度重建火焰溫度與發射率二維空間分布的測量方法，尤其是涉及計算超燃沖壓發動機燃燒室內處于強瞬態的火焰溫度與發射率的方法。

背景技術

超燃沖壓發動機燃燒室內燃料流動和燃燒機理極為復雜，由于燃燒室長度有限，氣流速度高，燃料在燃燒室內的滯留時間很短。在這極短的時間內要完成燃料的噴射、霧化、與空氣摻混、點火和燃燒，難度很大。對燃燒室火焰進行高精度的燃燒檢測以保證火焰穩定燃燒和提高燃燒效率是解決該問題的主要方法。眾多燃燒檢測方法中輻射測溫法以其非接觸、抗干擾性強的優點廣泛應用于發動機火焰燃燒檢測領域。

然而已有輻射測溫法中，由于已有發射率模型與迭代算法受迭代初值影響較大并且測量設備無法實現時空同步成像，因此無法對超燃沖壓發動機燃燒室內火焰進行精確的燃燒檢測。所以發展一種基于能夠基于多光譜輻射強度圖像同時重建超燃沖壓發動機燃燒室火焰溫度與發射率分布的方法具有重要意義。

發明內容

為了實現對流暢環境復雜，火焰傳播與釋熱過程呈現強不穩定的超燃沖壓發動機燃燒室火焰進行高精度燃燒檢測，本發明提供了一種基于多光譜輻射強度圖像的同時計算火焰溫度與發射率的方法，該方法能夠基于多光譜二維輻射強度圖像給出時空同步的超燃沖壓發動機燃燒室火焰溫度與發射率二維空間分布。

本發明的技術方案如下：

一種基于二維多光譜輻射強度圖像，同時計算超然沖壓燃燒室火焰溫度與發射率的方法，，本方法包含以下步驟：

1)利用多光譜成像設備測量超燃沖壓發動機燃燒室火焰二維多光譜輻射強度圖像；

2)基于HOTTEL發射率模型，超燃沖壓發動機燃燒室火焰光譜輻射強度可表示為：

式中，I(λ，T)為火焰光譜輻射強度，單位為W/m³/sr，c₁＝3.742×10^-16W·m²，c₂＝1.4388×10^-2m·K，κL為火焰吸收能力，λ為波長，單位為nm，T為溫度，單位為K；

3)設置任意值為火焰吸收能力κL⁰與火焰溫度T⁰作為迭代初值；

4)設置初始阻尼系數μ與縮放系數η；

5)根據擬海森矩陣H構造增量方程并計算迭代步長，更新阻尼系數，求解κL^k+1，T^k+1，k為迭代階數；將上一階迭代結果作為迭代初值求解火焰吸收能力與火焰溫度，直至迭代結果不隨迭代階數的增加而增加，視為迭代收斂，此時的火焰吸收能力與火焰溫度視為火焰真實吸收能力與真實溫度。

本發明所述的上述技術方案中，步驟4)中，初始阻尼系數μ設置為0.01，縮放系數η設置為10，以適用于超燃沖壓發動機燃燒室火焰的溫度與發射率重建。

本發明所述的上述技術方案中，步驟5)中采用優化Levenberg-Marquarelt算法迭代求解超燃沖壓發動機燃燒室火焰溫度與發射率，其包含以下子步驟：