波长积分细丝高温计法研究

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在火焰燃烧特性的研究中,火焰温度分布是一项重要的评价参数。准确测量火焰温度分布对燃烧性能的分析具有重要价值。本文基于一台彩色CMOS高速摄影仪和细丝高温计法原理,开发了波长积分求解法下的波长积分细丝高温计法及其测量火焰温度场的方法,并验证了其测量火焰温度的准确性。本文利用该方法分析了本生灯甲烷扩散和预混火焰的温度分布,根据细丝图像计算出了内焰锥角和火焰燃烧速度,并对含碳烟的酒精灯火焰进行了试验分析。
  在波长积分细丝高温计法的开发过程中,本文关闭CMOS高速摄影仪内部的像素值插值程序,采用轻微失焦的拍摄方式和自行编写的线性插值算法合成了彩色的细丝图像。通过进行光学响应系数标定实验和高温黑体炉标定实验,获得了波长积分求解法中所需的黑体表征温度曲线和光学响应系数曲线。本文还对由细丝温度计算得到火焰温度的公式进行了推导,采用亮度比法、颜色比法、波长积分法三种不同的细丝高温计法对本生灯甲烷火焰温度进行了对比测量,将波长积分细丝高温计法与热电偶法、红外热成像法的测量结果进行了对比分析。根据热电偶测量结果,验证了波长积分细丝高温计法的测温精度,其中火焰轴线上的相对误差率较小,向细丝边缘两侧相对误差率逐渐增大,最大为5.3%。本文基于高速摄影仪的成像误差,分析了该测温方法的误差带和误差率分布。
  此外,本文运用波长积分细丝高温计法还原了本生灯甲烷火焰的整体二维温度分布,根据拍摄得到了细丝轮廓测量了当量比为1.27时的甲烷本生灯火焰内锥角,进而计算出该工况下的燃烧速度为0.31m/s。波长积分细丝高温计法同样适用于含碳烟的酒精灯火焰温度测量中,但由于受到碳烟辐射叠加的干扰,波长积分细丝高温计法在碳烟浓度较大的区域相对热电偶的测量结果将偏高,火焰轴线上相对误差率也会增大,最大约为6.3%。
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