[发明专利]基于均匀光源的火焰激发态粒子辐射速率测量方法

说明书

一种基于均匀光源的火焰激发态粒子辐射速率测量方法，利用射流扩散燃烧器、积分球均匀光源、两台ICCD相机、Edmund 34980滤波片、Edmund 65198滤波片以及计算机搭建测试系统，基于两相机拍摄射流扩散燃烧器燃烧生成的射流扩散火焰获取的OH*化学发光初始图像以及CH*化学发光初始图像，利用逆Radon变换得到OH*化学发光径向分布以及CH*化学发光径向分布。基于两相机拍摄积分球均匀光源分别获取的均匀光源的图像，得到两相机拍摄的均匀光的发光强度。基于OH*化学发光径向分布与对应相机拍摄的均匀光源的发光强度得到OH*激发态粒子的辐射速率，基于CH*化学发光径向分布与对应相机拍摄的均匀光的发光强度得到CH*激发态粒子的辐射速率。本发明成本低廉、简单高效。

技术领域

本发明涉及燃烧过程的诊断技术领域，特别涉及一种基于均匀光源的火焰激发态粒子辐射速率的测量方法。

背景技术

燃烧中的化学发光，是指受化学反应激发而产生的激发态粒子发生辐射跃迁时释放出特定频率的光子的现象。由于激发态粒子的形成主要源于关键的化学反应，因此化学发光与当量比、放热率、火焰结构等重要的燃烧参数有着直接的联系，可以认为是燃烧过程的自发示踪剂。基于此发展起来的化学发光燃烧诊断技术，不需要复杂的激光器和光路布置，且克服了对实验环境有苛刻要求的缺陷，利用ICCD相机就可以实现对火焰的高分辨率测量，具有很好的应用前景。

对于碳氢燃料，其火焰产生的激发态粒子主要是波长分别为308nm的OH*和431nm的CH*。针对OH*和CH*化学发光与燃烧特性之间的关系，虽然国内外已开展了大量研究，但大多还停留在光强对燃烧参数的定性表征阶段，化学发光信号表征火焰特性的机理还不够明确。利用化学发光测量系统所拍摄得到的仅仅是火焰的光强分布，势必难以像辐射速率一样提供丰富而准确的信息。因此，只有实现激发态粒子辐射速率的定量测量，得到发光强度与火焰特性之间的精确关系，化学发光才能够有效地应用到燃烧过程的测量诊断中去。然而，目前还没有实现火焰激发态粒子辐射速率测量的相关方法公开，设计一种方法以实现火焰激发态粒子辐射速率测量是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于均匀光源的火焰激发态粒子辐射速率测量方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

基于均匀光源的火焰激发态粒子辐射速率测量方法，利用射流扩散燃烧器、积分球均匀光源、两台ICCD相机、Edmund 34980滤波片、Edmund 65198滤波片以及计算机搭建测试系统，基于两相机拍摄射流扩散燃烧器燃烧生成的射流扩散火焰获取的OH*化学发光初始图像以及CH*化学发光初始图像，利用逆Radon变换得到OH*化学发光径向分布以及CH*化学发光径向分布。基于两相机拍摄积分球均匀光源分别获取的均匀光源的图像，得到两相机拍摄的均匀光的发光强度。基于OH*化学发光径向分布与对应相机拍摄的均匀光的发光强度得到OH*激发态粒子的辐射速率，基于CH*化学发光径向分布与对应相机拍摄的均匀光的发光强度得到CH*激发态粒子的辐射速率。

具体地，基于均匀光源的火焰激发态粒子辐射速率测量方法，包括：

第一步，获取化学发光初始图像。

两台型号参数完全相同的ICCD相机设置在甲烷燃烧产生的火焰两侧，对火焰进行同步拍摄，其中第一ICCD相机镜头前加装中心波长为310nm的Edmund34980滤波片，在第二ICCD相机的镜头前加装中心波长为430nm的Edmund65198滤波片；两台ICCD相机采集的图像数量都为n，第一ICCD相机采集得到n幅OH*化学发光初始图像，第二ICCD相机采集得到n幅CH*化学发光初始图像。

第二步，图像后处理。

i)基于第一ICCD相机采集的n幅OH*化学发光初始图像，获取可信度较高的、消除背景噪声后的OH*化学发光径向分布。