[发明专利]纳米流体燃料燃烧火焰温度场以及浓度场重建方法

说明书

本发明提供了一种纳米流体燃料燃烧火焰温度场以及浓度场重建方法，包括：步骤1，将上对角矩阵L以及辐射强度向量I_λ1，I_λ2，I_λ3分离为M个矩阵；步骤2，分别在忽略自吸收和考虑自吸收的情况下使用LSQR算法求得第i环到第M环的温度分布、碳烟颗粒物浓度分布以及金属氧化纳米颗粒物浓度分布；步骤3，获取所有的环的温度分布、碳烟颗粒物浓度分布以及金属氧化纳米颗粒物浓度分布。

技术领域

本发明涉及一种同时含金属氧化纳米颗粒物以及碳烟颗粒物的检测方法，特别是一种纳米流体燃料燃烧火焰温度场以及浓度场重建方法。

背景技术

“能源危机”和“环境污染”是当今世界面临的两大难题。在传统液体燃料中添加PPM级别的纳米颗粒，不仅可以提高基底燃料的能量传递性能，改善燃烧效率，且纳米颗粒作为催化剂，可以减少碳烟颗粒物、氮氧化物等气体污染物的排放。因此，纳米流体燃料有望替代传统液体燃料，从而实现节能减排。

近些年大多数研究者对纳米流体的研究集中在强化传热方面，对纳米流体燃烧方面的研究相对较少。然而，有限的纳米流体燃料燃烧方面的研究多集中在单液滴上，脱离了实际应用燃烧状态，有必要系统地开展连续流动的纳米流体燃料燃烧的基础研究工作，全面了解和掌握基底燃料和纳米颗粒混合燃烧的相互作用，从而有助于更好地实际应用纳米流体燃料。

碳烟颗粒物以及添加的纳米颗粒物的温度场以及浓度场分布是纳米流体燃料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。火焰温度场、浓度场常见的测量方法为接触和非接触式。热电偶和热电阻温度计是接触测温中应用最广泛的方式，其优点为设备和操作简单，缺点是单点检测，对火焰流场有一定影响，且高温环境易熔断。由于 CCD成像技术及计算机技术的快速发展和应用，辐射测温法不断发展，在多波长组合，测试维度，反问题算法以及光学器件方面都取得了较大的进展。本项目将基于辐射反问题求解方法建立纳米流体燃料燃烧火焰温度场、碳烟颗粒浓度场以及金属氧化纳米颗粒浓度场重建模型，并通过数值模拟验证重建模型的准确性。

单一的碳烟颗粒弥散火焰的重建模型发展相对成熟，对于多颗粒弥散的火焰重建模型的发展仍处于初级阶段。现有的针对纳米流体火焰的温度场和颗粒物浓度场的重建模型需要借助接触式热泳取样诊断(TSPD)测量方式获取金属氧化纳米颗粒物和碳烟颗粒物的浓度比。引入TSPD接触式测量方式加大了测量操作的难度，且无法应用于对时间和空间分辨率要求较高的工况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米流体燃料燃烧火焰温度场以及浓度场重建方法，包括以下步骤：

步骤1，将上对角矩阵L以及辐射强度向量I_λ1，I_λ2，I_λ3分离为M个矩阵；

步骤2，分别在忽略自吸收和考虑自吸收的情况下使用LSQR算法求得第i 环到第M环的温度分布、碳烟颗粒物浓度分布以及金属氧化纳米颗粒物浓度分布；

步骤3，获取所有的环的温度分布、碳烟颗粒物浓度分布以及金属氧化纳米颗粒物浓度分布。

本发明基于辐射反问题分析，提出了一种可以同时直接重建纳米流体燃料燃烧火焰温度场、碳烟颗粒物浓度场以及金属氧化纳米颗粒物浓度场的重建方法，此方法无需借助接触式测量方式。使用CCD相机获取火焰的可见光波段发射辐射强度，结合一维线性搜索方法，最小二乘QR分解方法以及迭代算法，对含有多种颗粒的纳米流体燃料燃烧火焰的温度场和多种颗粒浓度场进行快速同时重建。本发明采用非接触测量方式，可快速得到温度场和浓度场，算法对计算机的要求相对较低。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为基于视在光线法的纳米流体火焰横截面的碳烟颗粒物和金属氧化颗粒物的温度场及浓度场的重建体系示意图。