[发明专利]含多种颗粒弥散火焰温度场及浓度场诊断方法

说明书

本发明提供了一种含多种颗粒弥散火焰温度场及浓度场诊断方法，包括：步骤1，计算每条探测线与轴对称火焰横截面等距环或非对称火焰横截面网格的交叉长度；步骤2，使用TSPD技术获取每种金属氧化纳米颗粒物与碳烟颗粒物的浓度比；步骤3，忽略自吸收，将CCD相机测得的衰减辐射强度视为未衰减辐射强度获取温度分布和颗粒物浓度分布的初始值；步骤4，温度浓度分布场计算衰减的以及未衰减的辐射强度；步骤5，在未衰减的辐射强度条件下和考虑自吸收的情况下，使用LSQR算法获取温度分布和颗粒物浓度分布；迭代计算从步骤4开始到步骤6结束，当两次连续迭代的温度分布的最大变化小于1×10^‑4或者迭代次数大于100时，迭代停止。

技术领域

本发明涉及一种多种颗粒弥散火焰技术，特别是一种含多种颗粒弥散火焰温 度场及浓度场诊断方法。

背景技术

金属纳米颗粒具有较高的能量释放率，基底液体燃料添加少量的金属纳米颗 粒可以增加其能量密度，提高液体燃料的导热系数及热交换系统的传热性能，降 低燃料的点火温度，缩短燃料的点火延迟时间。另外，金属纳米颗粒的燃烧过程 会发生“微爆炸”的局部效应，从而显著地增强局部湍流，促进燃料的完全燃烧。 柴油机添加少量的金属纳米颗粒不仅可以减少柴油燃料的消耗，而且可以减少氮 氧化物等气体污染物的排放。添加到液体燃料中的金属氧化纳米颗粒既可以作为 氧化催化剂，提供氧用于氧化碳烟颗粒物以及一氧化碳等气体污染物，又可作为 还原剂用于还原有害的氮氧化物。因此，纳米流体燃料具有较广阔的应用前景。 然而，纳米流体燃料燃烧特性的基本研究在很大程度上受到燃烧诊断技术的限 制。

火焰温度分布和颗粒物浓度分布是燃烧火焰的重要诊断参数，建立可靠有效 的测试方法对于深入了解纳米流体燃料燃烧特性具有重要的意义。常用的温度场 测量技术分为接触式和非接触式两大类，接触式测量方法主要包括膨胀式测温 法、热电式测温法、热色式测温法等，主要是使用各种不同类型的热电偶、热电 阻等接触式物理探针或测量仪器进行测量。接触式光电测温法是通过接触被测对 象，将温度变化引起的热辐射或其他光信号引出，通过光电检测器检测其变化量 从而测温的方法。这种方法使用简单，可测运动物体或其他复杂情况表面的温度 分布，缺点是影响温度结构的因素比较多。总体而言，接触式测量方式具有测量 稳定、操作简单以及测量成本低的优点。但当介质为高温火焰时，则存在一系列 的问题，其中较为突出的问题为：(1)不可以承受较高的温度，暴露在高温火焰中的热电偶部分容易烧熔或吹断。(2)测量探针易干扰流场，还可能与气体 反应产生相互作用。(3)响应时间较长，时间和空间的分辨率较低。(4)测量 范围受燃烧装置尺寸以及复杂的限制，很难实现多点测量。因此，接触式测量已 经难以满足现代科学发展的测量需求。

非接触式测温法主要包括基于激光诊断技术的干涉法和散射光谱法，以及非 激光诊断技术的声学法和辐射光谱法。近年来，基于激光的高温发光火焰温度测 量技术发展较迅速，成为各燃烧实验室的研究和应用的重用测量手段之一。基于 激光的温度测量方法按照测量途径不同可以分为激光干涉成像测温法和激光散 射光谱法，这些方法具有较高的时空分辨率与测量准确性。但测量系统较为复杂 昂贵，且对于结构复杂的燃烧系统布局复杂，因此目前激光测试技术主要应用在 实验室的小型火焰基础研究，暂时较难应用于大型高温燃烧火焰的温度场检测。

声速法基于声速和气体静态温度的热力学关系测量火焰温度，声学法温度测 量技术具有非侵入性、适用范围广、可连续实时测量、以及维修简单等优势，已 实际应用于大型电站锅炉。但声波法在同一路径上一次测量仅能获取一个检测数 据，并需要一定的声波传播时间，因而其时间和空间分辨率都难以提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含多种颗粒弥散火焰温度场及浓度场诊断方法， 包括以下步骤：

步骤1，计算每条探测线与轴对称火焰横截面等距环或非对称火焰横截面网 格的交叉长度；

步骤2，使用TSPD技术获取每种金属氧化纳米颗粒物与碳烟颗粒物的浓度 比；