[发明专利]一种基于光谱检测的燃烧火焰辐射传热量的测量方法

说明书

本发明属于燃烧测量领域，并公开了一种基于光谱检测的燃烧火焰辐射传热量的测量方法，包括以下步骤：1)火焰光谱采集；2)将步骤1)中各点获得的火焰光谱辐射强度对波长积分，得到各点的火焰辐射力；3)火焰环线辐射量获取；4)火焰辐射传热量获取步骤。本发明基于光谱仪来检测火焰的光谱辐射强度，构建了关于燃烧火焰辐射传热量与火焰光谱辐射强度之间的模型，从而获得燃烧火焰的辐射传热量，能有效减小测量误差。

技术领域

本发明属于燃烧测量领域，更具体地，涉及一种基于光谱检测的燃烧火焰辐射传热量的测量方法。

背景技术

燃烧火焰广泛存在于锅炉、熔窑等各类工业燃烧系统中，而辐射换热通常是这些燃烧火焰的主要传热方式。准确测量或计算燃烧火焰向外辐射传热量对燃烧检测及改善燃烧状态有重要意义。辐射传热量还可以用于评价燃料的利用率，进一步通过改善火焰的燃烧方式等提高能源利用率，达到节约能源，保护环境的目的。在工业经常遇到的温度范围内，火焰热辐射的波长分布范围主要包括紫外线、可见光和红外线三部分，火焰中的热辐射物质主要包括固体颗粒物(碳烟、焦炭等)和火焰气相燃烧产物(CO₂、H₂O、CO等)。目前对于火焰辐射传热量的测量方法很少，主要是火焰辐射属于容积辐射，且火焰辐射的波长范围很宽，测量难度较大。通过现有设备往往只能测得火焰温度、黑度和辐射强度等参数，如果采用热流计等直接测量火焰的辐射热流密度，也只能得到某个方向的热流值，无法得到火焰整体的辐射传热量，同时热流计测量位置与火焰的距离对热流计测量结果影响十分明显，不利于准确测量；而对于锅炉炉内辐射传热计算多采用简化法，即将火焰和炉壁均视为黑体，假设火焰黑度是均匀的，将火焰的平均温度视为火焰真实温度，而实际上火焰中气体热辐射具有明显的非灰性质，而且火焰的温度在不同位置有较大差别，故这种计算方法存在较大的计算误差；在火灾辐射传热计算中，多采用点源法计算火焰的辐射传热，所谓点源法即是将火焰看作一个点，假定火焰辐射是从火焰中心轴上的中点发射出，这种方法同样会产生很大误差，与实际结果相去甚远。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光谱检测的燃烧火焰辐射传热量的测量方法，构建了关于燃烧火焰辐射传热量与火焰光谱辐射强度之间的模型，从而获得燃烧火焰的辐射传热量。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于光谱检测的燃烧火焰辐射传热量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)火焰光谱采集：将火焰辐射外表面沿火焰中轴线方向取N条与该轴线垂直的环线，并在每条环线上分别取M个点，然后通过光谱采集设备来获取火焰辐射表面上各点的火焰光谱辐射强度I_λi；

2)将步骤1)中各点获得的火焰光谱辐射强度I_λi对波长积分，得到实际测量方向的火焰辐射强度I_i，即：

其中λ₁、λ₂分别为所需测量波长范围的下限值和上限值，其中i＝1,2,…,M；

将火焰表面视作漫射表面，即环线上各点对任意方向的辐射强度均为I_i，根据热辐射定理对半球空间内辐射强度积分，得到各点的火焰辐射力E_i：

3)获得火焰环线辐射量获取：在环线上取一点作为参考点，则环线上各点沿环线到参考点的长度为l，通过多项式拟合即可得各点的辐射力E_i与l的关系：

E_i＝E(l) (3)

环线上每个微元段上的辐射通量dq可表示为该微元段的长度dl与该位置的辐射力E_i的乘积，即：

dq＝E_idl (4)