火焰溫度測量

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1、火焰溫度測量方法分析聶偉（學號：SA14168089）1.引言眾所周知，火焰溫度很高，一般很難直接精確測量。但由于火焰溫度是燃燒過程中的重要熱力參數(shù)之一。因此，對火焰溫度測試技術的研究具有非常大的意義，當前，國家正大力改善自然環(huán)境，尤其是招手治理空氣污染，在汽車工業(yè)方面提出降低汽車尾氣排放，鼓勵開發(fā)設計高效新型低污染發(fā)動機，在煤電產(chǎn)業(yè)中提出要提高電站煤炭燃燒的效率，這都與火焰溫度測量密不可分。在高音時飛行器的研發(fā)過程中，要求其發(fā)動機有足夠的功率，而發(fā)動機的功率可由發(fā)動機火焰溫度來間接說明，以及發(fā)動機等部分

2、的材料選取都在一定程度上受到火焰溫度的限制，所以火焰溫度測量不論是在國民生產(chǎn)中，還是在國防建設中都具有重要的作用。2.火焰溫度的分類根據(jù)火焰輻射光譜的不同特點，火焰光譜可分為發(fā)光火焰和透明光譜，發(fā)光火焰輻射連續(xù)光譜，輻射光波長范圍在-，在可見光頻帶內(nèi)有輻射；透明火焰輻射帶狀或線狀光譜，范圍多在紅外區(qū)段。而根據(jù)火焰結(jié)構的不同，火焰可分為預混火焰和擴散火焰，預混火焰的特點是：氣態(tài)的燃燒劑和氧化劑在進入火焰反應區(qū)前已經(jīng)混合均勻。由于其傳播速度受化學反應和流動力學過程的控制，預混火焰又分為湍流和層流預混火焰兩種類

3、型；擴散火焰的特點是：氣態(tài)的燃燒劑和氧化劑在進入火焰反應區(qū)前處于分離狀態(tài)，在進入反應區(qū)后經(jīng)混合后再燃燒。3.火焰溫度的測量方法火焰溫度的測量方法根據(jù)火焰的不同類型有不同的方法，在實際應用中主要有接觸式測溫額非接觸式測溫方法，接觸式測溫法包括熱電偶測溫和光纖測溫，非接觸式測溫包括成像法、激光光譜法、輻射法和聲波法。如圖1所示：53.1接觸式測溫接觸式測溫，具有代表性的就是熱電偶測溫。熱電偶由不同材料的金屬合金導體構成，當導體兩端存在溫度差異時，會產(chǎn)生電勢差，而此電勢與導體兩端的溫度差呈數(shù)關系。當熱電偶的熱端

4、與被測對象達到熱平衡，另一端處于恒定已知溫度時，就可以通過電勢差推算出被測對象的溫度。微型熱電偶測溫分為嵌入熱電偶法和表面拉緊熱電偶法。利于熱電偶測溫具有結(jié)構簡單，測量可靠的優(yōu)點。但是，熱電偶用于火焰溫度的測量存在著以下缺點：需要直接接觸被測火焰，現(xiàn)在采用的熱電偶一般為鉑銠—鉑或鎢錸—鎢熱電偶，一般來說只能測低壓（<=2.85Mpa）下的溫度分布。而且，浸沒在火焰中的熱電偶頭容易被吹斷；金屬熱電偶絲耐高溫有限度，難以尋求到高熔點的材料滿足高溫火焰的測量；動態(tài)特性差，響應速度慢；動溫補償困難，測得的只是偶頭

5、周圍火焰氣體的滯止溫度；由于處于火焰之中，需經(jīng)受各種惡劣條件，如氧化、還原、燒蝕等考驗；當被測火焰很小時，熱偶頭與燃燒區(qū)相比顯得太大，較大的破壞了溫度的原始分布，熱偶頭會干擾化學反應，甚至參與到反應當中，引起較大的誤差；熱電偶測溫屬于點測溫，無法獲得瞬時溫度場分布；缺乏有效的標定溫度源。5接觸式測溫中還包括光纖測溫法，其主要是利用不同材料的光導纖維具有的不同的光傳輸特性來測量被測對象溫度。雖然其不存在參與火焰化學反應的問題，但是仍存在同熱電偶一樣的其它問題。高溫火焰中燃燒產(chǎn)物發(fā)生電離，形成稠密不均電離的離

6、子體射流，當外加電場時，等離子體中的離子和電子定向運動產(chǎn)生電流。等離子體法就是根據(jù)電流的大小反應溫度差別的原理測量溫度的。但是這種方法易受干擾，且計算復雜。3.2非接觸式測溫非接觸式測溫從原理上可以簡單劃分為聲波法和光學法兩類。聲波法分為聲速法和微波衰減法。聲速法，顧名思義，是通過探測聲波在燃燒火焰氣體中的傳播速度進而測量火焰氣體的溫度，適合于已知氣體的溫度測量。但是需要考慮燃燒物的化學反應，計算過程復雜。微波衰減法屬于主動式測溫，通過測量入射微波通過火焰后的衰減程度進而測量火焰氣體的溫度。該方法測得的是

7、微波傳播方向上的加權平均溫度。為產(chǎn)生足夠的自由電子，需要在火焰中插入一定量的高氯酸鉀，破壞了被測火焰的組分和熱平衡狀態(tài)。光學法種類繁多，可分為成象法、激光光譜法及輻射法。干涉儀法、紋影法、激光散斑照相法以及激光全息干涉法都屬于成象法，都是利用光的干涉原理來測量火焰的溫度場。它們的原理是將流場中各處折射率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N光參量的變化，記錄在感光膠片上，從而進行定量或者定性的分析。需要指出的是，這幾種方法測得的都是光傳輸路徑上的平均溫度。激光光譜法中具有代表性的就是瑞利散射和拉曼散射光譜法。當單色輻射頻率的激

8、光通過一透明物體時，會發(fā)生散射現(xiàn)象，即有少量光線偏離原傳播方向。如果散射的光線大部分頻率不變，該散射成為彈性散射；相反，如果散射的光線頻率發(fā)生改變，則稱為非彈性散射。彈性散射分為瑞利散射和米氏散射；非彈性散射也稱為拉曼散射。拉曼散射分為自發(fā)拉曼散射和受激拉曼散射，上述非彈性散射屬于受激拉曼散射。無論是瑞利散射還是拉曼散射光譜法，它們都是根據(jù)光譜的光強來得到火焰氣體溫度。瑞利散射光譜法不能直接提供有關組分的信息，并且受顆粒米氏散