[发明专利]一种基于多光谱测量生物质火焰发射率的方法

说明书

一种基于多光谱测量生物质火焰发射率的方法，该方法首先利用光谱仪获得待测火焰光谱辐射强度，再利用热电偶测温，由修正后的测温结果得到待测火焰真温，基于普朗克定律求得该温度下随波长变化的黑体光谱辐射强度，由不同波长下的黑体光谱辐射强度和实际发射体的光谱辐射强度求得生物质火焰发射率分布结果。本方法能够根据待测火焰光谱辐射强度及热电偶测得的火焰温度得到待测火焰随波长变化的发射率分布，结果可靠。

技术领域

本发明属于火焰光谱分析技术领域，涉及一种火焰发射率分布测量方法，特别是涉及一种基于光谱辐射强度测量火焰发射率分布的方法。

背景技术

能源是社会发展的基石，中国是能源消耗大国，有严重的能源枯竭和使用紧张问题，人们亟需找到新的能源来推动社会生产和经济发展。生物质燃料被视为矿物燃料的替代能源，相比于传统燃料，生物质燃料为可再生能源，具有热值大，纯度高，清洁卫生，燃烧产物可回收等优势，利用潜力巨大，其直接燃烧被广泛应用于产生热能和电力。当生物质燃料在高温设备中燃烧时，热辐射是最主要的传热方式，而热辐射参数是燃烧过程数值模拟计算所必须的输入参数。如何准确获得生物质燃料的热辐射参数，是实际工业应用的一大难题，故研究一种能够有效得到生物质火焰发射率分布的方法很有实际意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在提出一种基于多光谱测量能有效得到准确生物质火焰发射率分布的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：利用光谱仪获得待测火焰辐射强度，输出光谱仪测量范围内的响应值及相对应火焰不同波长的光谱辐射强度。

步骤2：利用热电偶测量火焰温度，由修正后的热电偶测温结果得到待测火焰真温。

步骤3：根据普朗克定律将该温度下随波长变化的黑体光谱辐射强度表示为：

式中C₁＝3.742×10^-16，为第一辐射常数；C₂＝1.4388×10^-2，为第二辐射常数；I_b为黑体光谱辐射强度，T为温度，λ为波长。

步骤4：利用实验测得不同波长下的实际火焰发射光谱强度及所求出对应的黑体光谱辐射强度求得生物质火焰发射率分布结果：

式中，I为实际火焰光谱辐射强度，ε为火焰发射率。

优选的，步骤2中对热电偶测得的火焰温度值进行修正，包括以下子步骤：

步骤2.1：通过热电偶测量的火焰温度需要修正以消除炉壁和碳烟对测温点的辐射影响，可以得到热电偶测温点的能量平衡方程为：

Q_对流+Q_辐射＝0

对流项的公式为：Q_对流＝hA_b(T_f-T_b)

式中，A_b为热电偶测温点面积；h为对流换热系数；T_f为待测火焰真温；T_b为热电偶测温点温度。

辐射项的公式为：

式中,σ＝5.67W/(m²·K⁴)，为黑体辐射常数；ε_b为热电偶测温点的发射率

ε_b＝9.63×10^-5T_b+0.05

由于炉壁的温度T_w远远低于测量点的温度T_b，因此，可以忽略不计。