[发明专利]一种炭烟火焰温度测量方法

说明书

本发明公开了一种炭烟火焰温度测量方法，涉及燃料燃烧火焰温度测量技术领域，所述方法包括：基于黑体辐射普朗克定律，利用波长、黑体温度、第一辐射常数和第二辐射常数构建黑体辐射强度；利用所述黑体辐射强度以及发射率，构建在温度T与波长λ处的辐射强度；基于双色法测温法，利用所述辐射强度构建炭烟火火焰温度模型；根据所述炭烟火火焰温度模型获得炭烟火焰温度。本发明简化了炭烟火焰温度测量的复杂性，同时保证测量的准确性。

技术领域

本发明涉及燃料燃烧火焰温度测量技术领域，特别是涉及一种炭烟火焰温度测量方法。

背景技术

来自燃料燃烧释放化学能提供了当今世界80％以上能源消耗，但燃料燃烧中同时会产生各种污染物，其中的不完全燃烧产生的炭烟是导致PM2.5等可吸入固体颗粒物的主要来源之一。研究火焰中炭烟生成特性与机理是进一步开发出减少可吸入颗粒排放技术的基础，需要对炭烟火焰温度场进行准确测量。同时，高温火焰中的炭烟也是辐射源，可以依据其辐射特性进行火焰温度场分布测量。

国内外现已经开发的众多炭烟火焰温度测量方法，其中的光学测试具有非接触、响应速度快和能够二维成像测量的优点，如其中的炭烟火焰双色法测温已经成为基本炭烟火焰温度测量方法。双色法中需要知道炭烟火焰发射率在不同波长下的比值，从而根据黑体和灰体辐射定律计算温度场。因此，不同的炭烟火焰发射率处理方法形成不同的双色法。第一种最简单的处理方法是假设炭烟为灰体进行火焰自发辐射信号处理，认为发射率是常数不随波长变化，这种测量方法在双色法采用两个波长很接近是合理的，如两个波长差不超过40nm。然而，当选取两个波长接近时，所对应的辐射信号强度也基本接近，而当波长具有一定差别时，发射率不变假设偏离实际，这两种情况均会导致测量结果与真实值偏离。另一种常用方法是调制双色法实现炭烟火焰温度场测温，该方法利用炭烟火焰的消光特性测量低浓度炭烟的实际发射率，需要同时测量有无激光下火焰辐射信号，这种方法国外最先发展，国内应用也逐渐成熟。与常规单色、双色法测温技术相比，调制消光双色法减少了测温的不确定性，但需要激光发生与检测设备，比较复杂。第三种方法是直接对发射率随波长变化进行关系式的假设，通过测量确定发射率随波长的变化参数，从而直接获得在两个波长下发射率比值，通过测量炭烟火焰的自发辐射信号，处理后计算得出温度。这种方法在发射率与波长关系标定时与有一定的复杂性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种炭烟火焰温度测量方法,通过改善发射率的处理方法，简化了炭烟火焰温度测量的复杂性，同时保证测量的准确性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种炭烟火焰温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于黑体辐射普朗克定律，利用波长、黑体温度、第一辐射常数和第二辐射常数构建黑体辐射强度；

利用所述黑体辐射强度以及发射率，构建在温度T与波长λ处的辐射强度；

基于双色法测温法，利用所述辐射强度构建炭烟火火焰温度模型，并根据Hottel和Broughton发射率模型关系式对所述发射率进行改进，获得改进的炭烟火火焰温度模型；

根据改进的炭烟火火焰温度模型获得炭烟火焰温度。

如上所述的炭烟火焰温度测量方法，进一步地，所述黑体辐射强度为：

c₁——3.741844×10^-16W.m²，第一辐射常数；

c₂——1.438791×10^-2m.K，第二辐射常数；

λ——波长；

T——黑体温度。

如上所述的炭烟火焰温度测量方法，进一步地，在温度T与波长λ处的辐射强度为：