[发明专利]燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法

说明书

本发明公开了一种燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法，包括：获取多个红外波段内火焰的红外辐射图像信息；建立各红外波段内火焰发射与红外辐射图像间的对应关系方程组；建立积分辐射源项比值与温度以及温度与参考浓度气体积分辐射源项值一一对应的数据表；求解方程组，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；根据火焰区域温度分布，并结合步骤3的数据表以及步骤4中的积分辐射源项值，计算获得三维火焰的气体浓度分布。本发明首次将红外辐射图像与气体的积分辐射强度相结合以对火焰温度场与气体浓度场进行重建，可以用于工业现场的在线监控。

技术领域

本发明属于燃烧过程中气相介质参数测量的技术领域，具体涉及一种燃烧气相介质温度场浓度场的测量方法。

背景技术

燃烧介质中气相组分温度场测量对定量描述化学反应动力学过程、揭示燃烧规律具有重要的科学意义，同时对了解航空发动机、燃气轮机等大型燃气设备内燃烧状况，指导设计和优化运行具有重要的应用价值。

利用高温燃烧介质的自发射成像技术进行三维温度场测量具有对被测对象无干扰、响应速度快、系统简单等特点，在燃烧固态组分(包括固体颗粒、烟黑等)的温度场测量中研究和应用较多(H.-C.Zhou,C.Lou,Q.Cheng,Z.Jiang,J.He,B.Huang,Z.Pei,C.Lu,Experimental investigations on visualization of three-dimensional temperaturedistributions in a large-scale pulverized-coal-fired boiler furnace,Proceedings of the Combustion Institute,30(1)(2005)1699-1706；D.Liu,J.Yan,F.Wang,Q.Huang,Y.Chi,K.Cen,Experimental reconstructions of flame temperaturedistributions in laboratory-scale and large-scale pulverized-coal firedfurnaces by inverse radiation analysis,Fuel,93(2012)397-403.)。这些方法主要依赖于火焰中固体颗粒在可见光波段的发射。对于充分燃烧的气体燃料火焰，其燃烧产物主要是气体。与固体连续谱带发射特点不同，气体的发射光谱是不连续的，仅在特定的波段存在发射峰，并且在可见光波段几乎没有发射，因此用于固体颗粒的图像测温方法不适用于气体温度场测量。

公告号为CN108169148A的中国专利文献公开了一种基于高光谱相机的火焰温度场、颗粒和气体浓度场测量方法，使用高光谱相机测量多个波长下的光谱发射数据，反演得到烟黑温度以及气体浓度，但该方法仍依赖于固体颗粒在可见光波段的发射，对于不含固体颗粒产物的气体燃烧火焰的温度测量，该方法未证明仍然适用。Ellis等将H₂O在不同谱带内的光谱辐射强度进行积分，建立不同谱带间积分强度的比值与探测视线(line ofsight)上平均气体温度间关系，通过测量谱带积分强度比值信息以获得所探测视线上的平均气体温度(D.J.Ellis,V.P.Solovjov,D.R.Tree,Temperature measurement usinginfrared spectral band emissions from H₂O,Journal of Energy ResourcesTechnology,138(4)(2016).)。该方法类似于固态介质温度测量的双色法，可有效降低气体温度测量中气体辐射强烈光谱选择性对探测仪器光谱分辨率、信号处理工作量等提出的诸多更高要求，同时还能避免标定误差和镜头污染误差，并有效降低气体浓度不确定性对测温精度的影响。但是，现有的关于此类测量方法的研究工作都是通过测量单一方向上气体辐射信息获得该视线上的气体平均温度。

发明内容