[发明专利]一种甲烷水合物火焰温度测试装置及测温修正方法

权利要求书

1.一种甲烷水合物火焰温度测试装置，其特征在于，包括燃烧室、热电偶测温系统和火焰拍摄系统；所述燃烧室包括对称设置的两个支撑杆，其中一个支撑杆上安装测力传感器和样品测温热电偶，样品测温热电偶一端放置待测样品，另一端与测力传感器连接，测力传感器通过第一夹具与支撑杆连接；

所述热电偶测温系统设有至少两个高度不同的检测点，检测点处设有两个安装在支撑杆上的火焰测温热电偶；

所述检测点处设有第一火焰测温热电偶和第二火焰测温热电偶，第一火焰测温热电偶的节点位于待测样品中心的正上方，第二火焰测温热电偶的节点与第一火焰测温热电偶的节点具有设定距离；检测点设置的火焰测温热电偶均处于同一平面；

所述火焰温度测试装置的火焰测温修正计算方法，其步骤包括：根据测温数据及热辐射定律，计算偶丝节点对外辐射热损失：

式中：Q_r为辐射热损失；ε为偶丝节点发射率；σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数；A_s为偶丝节点表面积；T₀为火焰中心处的温度测量值；T_e为环境温度；

在火焰相同高度处采用两支节点相距1～3mm的热电偶测定火焰中心附近的温度梯度，计算偶丝导热损失：

式中：Q_c为导热损失；λ₁、λ₂为偶丝热导率；A_w为偶丝截面积；T₁为补偿热电偶的温度测量值；Δl为偶丝节点间距；

依据标准烟气的热物理参数并采用由水合物质量变化估算的烟气流速，计算偶丝节点从火焰中获得的对流吸热量：

Q_i＝hA_s(T_g-T₀)

式中：Q_i为节点对流吸热量；h为对流传热系数；T_g为测量点处烟气的实际温度；

对流传热系数h的计算方法：

Nu＝2+0.552Re^1/2Pr^1/3

式中：Nu为烟气的努塞尔数；λ为烟气的热导率；D为偶丝节点直径；Re为烟气的雷诺数；Pr为烟气的普朗特数；

最后根据整体的传热平衡，有：

Q_i＝Q_r+Q_c

综合上述各式，可迭代计算出真实烟气温度T_g，即为火焰温度修正值。

2.如权利要求1所述的火焰温度测试装置，其特征在于，所述热电偶测温系统包括多通道数据采集模块，其与样品测温热电偶和各火焰测温热电偶连接，内置有冷端补偿温度传感器，可对多支热电偶的信号进行同步采集。

3.如权利要求1所述的火焰温度测试装置，其特征在于，所述火焰拍摄系统包括高速摄像机和三脚架，高速摄像机与三脚架连接设置于燃烧室正前方。

4.如权利要求1所述的火焰温度测试装置，其特征在于，所述待测样品为甲烷水合物。

5.如权利要求1所述的火焰温度测试装置，其特征在于，所述两个支撑杆分别为第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一火焰测温热电偶与第一支撑杆连接，第二火焰测温热电偶与第二支撑杆连接。

6.如权利要求5所述的火焰温度测试装置，其特征在于，所述火焰测温热电偶通过升降支架与支撑杆的第二夹具连接，实现高度调节。

7.如权利要求6所述的火焰温度测试装置，其特征在于，所述升降支架主体为钢制圆柱，其一端通过第二夹具固定于支撑杆上，伸出长度可调，另一端设置一开孔的铁块，通过旋转孔中的螺柱改变孔道大小，用于安装热电偶。

8.一种采用如权利要求1-7任一所述的火焰温度测试装置的使用方法，其特征在于，步骤包括：采用冰粉法制备高含气率甲烷水合物球，每个甲烷水合物球均插入金属短管；

开启数显系统并连接热电偶数据采集接口，将甲烷水合物球套置于样品测温热电偶上以测量其中心温度；实时监测甲烷水合物球中心温度变化，当中心温度升至设定值时，点燃甲烷水合物球；

通过火焰拍摄系统记录的火焰图像信息测得火焰高度变化，完成水合物球火焰高度的获取，确定火焰温度测量的空间范围；

采用4支完全相同的火焰测温热电偶，同一高度处左右对称布置2支，火焰测温热电偶节点相距1～3mm，其中位于左侧的第一火焰测温热电偶节点位于球心的正上方，作为主测温点；位于右侧的第二火焰测温热电偶热电偶节点偏离球心，作为补偿测温点，完成火焰温度测点的空间布置；

保存测力传感器及热电偶测温数据，待热电偶冷却后可进行重复实验测试；

根据温度修正原理完成火焰测温数据的计算修正。