[发明专利]一种基于发热率分区火焰的瑞利散射温度测量方法

权利要求书

1.一种基于发热率分区火焰的瑞利散射温度测量方法，其特征在于，包括：

根据燃烧特征以发热率为界线将预混火焰分为已燃区和未燃区两个区域，其中，所述未燃区和已燃区气体对应不同的组分分布特性，瑞利散射温度测量计算依据上述两个区域分别进行；

火焰的发射率界线是以燃烧场中间产物OH自由基和CH₂O分布来确定，依据对火焰中产生的OH、CH₂O激光诱导荧光信号测试结果，由OH、CH₂O荧光信号的乘积获得发热率分布，从而提取发热率边界线；其中，根据燃烧化学反应进行情况对整体火焰进行分区，位于所述发热率边界线侧的上游来流低温未燃气体来流区为所述未燃区，而位于所述发热率界线侧的下游去流高温气流区为所述已燃区；

根据火焰分区确定未燃区和已燃区组分类别及对应的分子散射截面系数，并分别求两个区内各自总的散射截面系数；

根据总的散射截面系数、总的瑞利散射光强度、参考的散射截面系数和参考的瑞利散射光强度和参考的已知参考的温度，求取待测分区的火焰燃烧的温度。

2.根据权利要求1所述的基于发热率分区火焰的瑞利散射温度测量方法，其特征在于，通过平面激光诱导荧光获得火焰中主要中间产物。

3.根据权利要求1所述的基于发热率分区火焰的瑞利散射温度测量方法，其特征在于，对于碳氢燃料在空气氧化剂下燃烧，

当燃料/空气摩尔数比值等于理论化学计量比时，即燃料当量比Φ＝1，燃料在与氧化剂在火焰面区完全反应，未燃区组份比例按初始预混气计算，已燃区为燃烧完全产物，根据已有稳定物种的散热截面系数分别进行分区瑞利散射截面系数加权计算。

4.根据权利要求3所述的基于发热率分区火焰的瑞利散射温度测量方法，其特征在于，在燃料当燃料/空气摩尔数比值不等于理论化学计量比时，需要考虑已燃区物种差别，其中

在Φ1时，空气过量，燃烧完全，已燃区需要考虑残留空气比例对散射截面系数加权的贡献；

在Φ1时，燃料过量，燃烧不完全，已燃区组分按两步反应，考虑CO的影响。

5.根据权利要求1所述的基于发热率分区火焰的瑞利散射温度测量方法，其特征在于，求取待测的火焰燃烧的温度，具体为：

式中，T为待测的火焰燃烧的温度，σ_Ray为总的散射截面系数，σ_ref为参考的散射截面系数，I_ref为参考的瑞利散射光强度，I_Ray为总的瑞利散射光强度，T_ref为已知参考的温度；其中，

当紫外或可见波长激光作用于火焰时，产生的总的瑞利散射光强度I_Ray为：

式中，C₀为标定常数，I₀为激光能量；N为总的分子数密度；dσ_Ray/dΩ为瑞利散射截面对立体角的微分；Ω为探测系统的采集立体角；L为探测体积的长度；

总的散射截面系数σ_Ray为不同组分根据其摩尔分数的加权平均：

式中，x_i为第i种组分的摩尔分数；σ_i为第i种组分的瑞利散射截面系数；

分子数密度N的计算根据理想气体状态方程得到：

式中，P是总压强，N_A是阿伏伽德罗常数，R是理想气体常量，T是绝对温度，则总的瑞利散射光强度I_Ray表示为：