一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火焰温度和发射率分布测量方法，特别是涉及基于光谱辐射强度测量 火焰温度和发射率分布技术领域，属于火焰光谱分析技术领域。
【背景技术】
[0002] 辐射传热是热量传递的三种主要方式之一，基于辐射的测量技术是一种重要的测 量手段，尤其在对如电站锅炉、工业炉等高温燃烧室这类温度高、动态、情况复杂、不允许干 扰、无法近距离观测的对象进行测量时辐射测量技术的优越性就更为显著。辐射能量是发 射率和温度的函数，如何由辐射能量计算这两个参数是我们想要解决的问题。许多学者对 此问题进行了研宄，并给出了许多计算方法，比如双色法[Yan W.，Zhou H.，Jiang Z.，Lou C.，Zhang X.，Energy&Fuels，27 (2013) 6754-6762.]。但这些方法均基于一定的先验假设， 双色法假设火焰两个波长下发射率相同，其他方法也均需要假设发射率遵循一定的规律。 已有的方法局限性较大，无法得到可靠的、无依赖性的结果，所以发展一种能够基于辐射强 度有效地给出温度和发射率分布的测量方法很有实际意义。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有方法测量结果依赖一定假设的不足，本发明提供了一种基于光谱辐 射强度测量火焰温度和发射率分布的方法，该方法能够基于光谱辐射强度有效地给出待 测火焰的温度和发射率随波长的分布。
[0004] 本发明所采用的技术方案如下：
[0005] 一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法，其特征在于所述方法 包括如下步骤：
[0006] 1)利用光谱仪获得待测火焰光谱辐射强度，输出光谱仪测量范围内的响应值及相 应火焰不同波长的光谱辐射强度；
[0007] 2)将发射率表示为波长的函数，将光谱辐射强度表示为：
【主权项】
1. 一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法，其特征在于所述方法包 括如下步骤： 1) 利用光谱仪获得待测火焰光谱辐射强度，输出光谱仪测量范围内的响应值及相应火 焰不同波长的光谱辐射强度； 2) 将发射率表示为波长的函数，将光谱辐射强度表示为：
式中，I为辐射强度，λ为波长，T为温度，ε为发射率，Ib为黑体辐射强度，a (^a1Wan 表示未知的多项式系数；η为多项式的阶数，为大于等于O的整数；cdP c 2为普朗克常数； 3) 采用双色法根据两个中间波长下的辐射强度求解温度Ti及发射率ε i作为初值； 4) 假设η = 0,将ε廊1\作为初值，其中，求解aQ，n = (^PTn = Q; 5) 假设 η = 1，将\11 = (|、0和1； = (|作为初值，求解3(|，11 = 1、&1，11=1和1\=1; 6) 逐步增大多项式关系的阶数η，并采用上一阶求解结果作为初值，求解每一阶的系 数和温度，直至求解结果不随求解阶数增加而变化，即结果随阶数变化收敛； 7) 根据收敛的系数计算发射率分布，将计算的发射率分布和收敛的温度视为火焰发射 率分布和温度的测量结果。
2. 根据权利要求1所述的基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法，其特 征在于：将步骤1)中测量仪器的响应值作为求解多项式系数和温度的权重系数，将步骤2) 中公式（I )用下式表示：
式中，％为归一化后第j个波长下的仪器响应值。
3. 根据权利要求1或2所述的基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法， 其特征在于：在步骤2)求解发射率随波长变化多项式关系的各阶系数％、 ai~an和温度T 中，采用牛顿迭代法求解，包括下述子步骤： a. 根据待求解的公式（I )或公式（II )得出输入数值的偏差和偏导数； b. 根据偏差和偏导数，采用最小二乘法求出输入数值的修正值； c. 利用下列公式对输入数值进行修正：
式中，r为迭代次数，Δ为修正值； d. 根据输入数值变化的趋势，判断迭代过程是否收敛，是则进行步骤e，否则回到步骤 a，将修正后的数值作为输入数值，重复上述过程； e. 输出迭代收敛值。
【专利摘要】一种基于光谱辐射强度测量火焰温度和发射率分布的方法，该方法首先利用光谱仪获得待测火焰光谱辐射强度，采用双色法根据两个中间波长下的辐射强度求解温度及发射率作为初值，采用牛顿迭代法求解发射率随波长变化的多项式关系的各阶系数和待求温度，从零开始逐步增加多项式关系的阶数，求解每一阶的系数和温度，除零阶采用双色法结果作为初值外，其余均采用上一阶结果作为初值；当求解结果不随求解阶数增加而变化时，即结果随阶数变化收敛，视为得到最终结果。本发明提供的方法能够根据待测火焰光谱强度得到待测火焰的温度和随波长变化的发射率分布，不依赖于假设或先验条件，结果可靠。
【IPC分类】G01J5-60, G01J3-28
【公开号】CN104677495
【申请号】CN201510093230
【发明人】周怀春, 柳华蔚, 齐朝博, 郑树, 周远科
【申请人】清华大学, 武汉九州三维燃烧科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月2日