火焰温度测量

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1、火焰温度测量方法分析聂伟（学号：SA14168089）1.引言众所周知，火焰温度很高，一般很难直接精确测量。但由于火焰温度是燃烧过程中的重要热力参数之一。因此，对火焰温度测试技术的研究具有非常大的意义，当前，国家正大力改善自然环境，尤其是招手治理空气污染，在汽车工业方面提出降低汽车尾气排放，鼓励开发设计高效新型低污染发动机，在煤电产业中提出要提高电站煤炭燃烧的效率，这都与火焰温度测量密不可分。在高音时飞行器的研发过程中，要求其发动机有足够的功率，而发动机的功率可由发动机火焰温度来间接说明，以及发动机等部分

2、的材料选取都在一定程度上受到火焰温度的限制，所以火焰温度测量不论是在国民生产中，还是在国防建设中都具有重要的作用。2.火焰温度的分类根据火焰辐射光谱的不同特点，火焰光谱可分为发光火焰和透明光谱，发光火焰辐射连续光谱，辐射光波长范围在-，在可见光频带内有辐射；透明火焰辐射带状或线状光谱，范围多在红外区段。而根据火焰结构的不同，火焰可分为预混火焰和扩散火焰，预混火焰的特点是：气态的燃烧剂和氧化剂在进入火焰反应区前已经混合均匀。由于其传播速度受化学反应和流动力学过程的控制，预混火焰又分为湍流和层流预混火焰两种类

3、型；扩散火焰的特点是：气态的燃烧剂和氧化剂在进入火焰反应区前处于分离状态，在进入反应区后经混合后再燃烧。3.火焰温度的测量方法火焰温度的测量方法根据火焰的不同类型有不同的方法，在实际应用中主要有接触式测温额非接触式测温方法，接触式测温法包括热电偶测温和光纤测温，非接触式测温包括成像法、激光光谱法、辐射法和声波法。如图1所示：53.1接触式测温接触式测温，具有代表性的就是热电偶测温。热电偶由不同材料的金属合金导体构成，当导体两端存在温度差异时，会产生电势差，而此电势与导体两端的温度差呈数关系。当热电偶的热端

4、与被测对象达到热平衡，另一端处于恒定已知温度时，就可以通过电势差推算出被测对象的温度。微型热电偶测温分为嵌入热电偶法和表面拉紧热电偶法。利于热电偶测温具有结构简单，测量可靠的优点。但是，热电偶用于火焰温度的测量存在着以下缺点：需要直接接触被测火焰，现在采用的热电偶一般为铂铑—铂或钨铼—钨热电偶，一般来说只能测低压（<=2.85Mpa）下的温度分布。而且，浸没在火焰中的热电偶头容易被吹断；金属热电偶丝耐高温有限度，难以寻求到高熔点的材料满足高温火焰的测量；动态特性差，响应速度慢；动温补偿困难，测得的只是偶头

5、周围火焰气体的滞止温度；由于处于火焰之中，需经受各种恶劣条件，如氧化、还原、烧蚀等考验；当被测火焰很小时，热偶头与燃烧区相比显得太大，较大的破坏了温度的原始分布，热偶头会干扰化学反应，甚至参与到反应当中，引起较大的误差；热电偶测温属于点测温，无法获得瞬时温度场分布；缺乏有效的标定温度源。5接触式测温中还包括光纤测温法，其主要是利用不同材料的光导纤维具有的不同的光传输特性来测量被测对象温度。虽然其不存在参与火焰化学反应的问题，但是仍存在同热电偶一样的其它问题。高温火焰中燃烧产物发生电离，形成稠密不均电离的离

6、子体射流，当外加电场时，等离子体中的离子和电子定向运动产生电流。等离子体法就是根据电流的大小反应温度差别的原理测量温度的。但是这种方法易受干扰，且计算复杂。3.2非接触式测温非接触式测温从原理上可以简单划分为声波法和光学法两类。声波法分为声速法和微波衰减法。声速法，顾名思义，是通过探测声波在燃烧火焰气体中的传播速度进而测量火焰气体的温度，适合于已知气体的温度测量。但是需要考虑燃烧物的化学反应，计算过程复杂。微波衰减法属于主动式测温，通过测量入射微波通过火焰后的衰减程度进而测量火焰气体的温度。该方法测得的是

7、微波传播方向上的加权平均温度。为产生足够的自由电子，需要在火焰中插入一定量的高氯酸钾，破坏了被测火焰的组分和热平衡状态。光学法种类繁多，可分为成象法、激光光谱法及辐射法。干涉仪法、纹影法、激光散斑照相法以及激光全息干涉法都属于成象法，都是利用光的干涉原理来测量火焰的温度场。它们的原理是将流场中各处折射率的变化转变为各种光参量的变化，记录在感光胶片上，从而进行定量或者定性的分析。需要指出的是，这几种方法测得的都是光传输路径上的平均温度。激光光谱法中具有代表性的就是瑞利散射和拉曼散射光谱法。当单色辐射频率的激

8、光通过一透明物体时，会发生散射现象，即有少量光线偏离原传播方向。如果散射的光线大部分频率不变，该散射成为弹性散射；相反，如果散射的光线频率发生改变，则称为非弹性散射。弹性散射分为瑞利散射和米氏散射；非弹性散射也称为拉曼散射。拉曼散射分为自发拉曼散射和受激拉曼散射，上述非弹性散射属于受激拉曼散射。无论是瑞利散射还是拉曼散射光谱法，它们都是根据光谱的光强来得到火焰气体温度。瑞利散射光谱法不能直接提供有关组分的信息，并且受颗粒米氏散