[发明专利]燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法

权利要求书

1.一种燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，采用成像系统获取多个红外波段内火焰的红外辐射图像信息；

步骤2，根据成像过程中的几何参数和成像原理，建立各红外波段内三维火焰发射与二维红外辐射图像间的对应关系方程组；

步骤3，根据现有的气体分子辐射谱线参数数据库，计算得到参考浓度下不同温度气体在各红外波段内的积分辐射源项值，并根据各红外波段内的积分辐射源项值得到相应的积分辐射源项比值，从而建立积分辐射源项比值与温度一一对应的数据表，以及温度与参考浓度的气体积分辐射源项值一一对应的数据表；

步骤4，求解步骤2中建立的方程组，得到气体在相应红外波段内的积分辐射源项值及其比值，并根据步骤3中计算得到的积分辐射源项比值与温度关系的数据表查找并计算得到火焰区域的温度分布；

步骤5，根据步骤4中得到的火焰区域温度分布，并结合步骤3中得到的温度与参考浓度下气体积分辐射源项值数据表查找并计算参考浓度下气体积分辐射源项值，根据参考浓度下气体积分辐射源项值以及步骤4中得到的气体在相应红外波段内的积分辐射源项值，计算获得三维火焰的气体浓度分布；

其中，上述步骤3也能先于步骤1操作。

2.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，其特征在于，步骤1中的成像系统依次包括逐渐靠近火焰的红外相机、红外滤光片以及前端镜头，步骤1中设置多套成像系统，多套成像系统沿周向间隔设置在火焰区域周围。

3.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，其特征在于，步骤1中采用成像系统获取两个不同红外波段内的火焰红外辐射图像信息，其中，气体在该两个红外波段内具有红外辐射。

4.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，其特征在于，步骤2具体包括：

将待重建的火焰区域划分为N个体元，在存在气体辐射的红外波段λ₁～λ₂内，假设火焰中发射的M条辐射射线到达红外相机的靶面，得到一组辐射传递方程：

上式中：是波长在λ₁～λ₂内的射线m到达成像系统靶面的积分辐射强度，κ_λ(n)是体元n在波长λ处的吸收系数，l_m(n)是射线m在体元n中的射线长度；I_b,λ(n)是局部单色黑体辐射强度，是体元n在波段λ₁～λ₂内的积分辐射源项，

5.根据权利要求1所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，其特征在于，步骤3中，根据现有的气体分子辐射谱线参数数据库，先计算气体在所测量的红外波段内的高光谱分辨率吸收系数；

κ_η＝N(p,T)∑_j∑_iS_j，i(η_i，T)f_j，i(η，η_i，T，p)；

上式中，κ_η是气体在波数η处的光谱吸收系数，η＝1/λ；N(p,T)是该气体的分子数密度；S_j,i是该气体第j种同位素气体分子的第i条发射谱线的线强度；η_i是该发射谱线的波数；f_j,i是该发射谱线的线型函数。

6.根据权利要求5所述的燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，其特征在于，步骤3中，计算参考浓度下不同温度气体在各红外波段内的积分辐射源项值的方法为：

根据数据库计算得到的气体高光谱分辨率吸收系数计算参考浓度下不同温度气体在这两个红外波段内的积分辐射源项值，具体为：

上式中，I_b,η(T)表示温度T、波数η处的黑体辐射强度：

上式中，c₁和c₂是第一和第二辐射常数。