基于辐射光谱的对冲扩散火焰碳烟温度和体积分数的测量实验研究

对冲扩散火焰是研究碳烟生成特性的理想平台,温度是碳烟生成的重要影响因素,碳烟体积分数是衡量碳烟生成率的重要指标,因此对冲火焰中碳烟温度和体积分数的准确测量对于开发减少碳烟排放策略至关重要。文章基于碳烟多光谱辐射(soot spectral emission,SSE)方法同步测量对冲火焰中的碳烟温度和体积分数。考虑到对冲火焰空间尺度小,需要较高测量空间分辨率和位置精度的特点,开发一种用于对冲火焰精准测量定位的方法,有效地提高实验测量的位置精度;同时建立一套基于热电偶的光谱响应函数原位标定系统;最后使用SSE方法对常压环境不同工况下乙烯对冲扩散火焰的碳烟温度和体积分数进行测量。测量结果验证了对冲火焰碳烟温度场和浓度场的准一维性质;通过与消光法实验数据和采用详细化学反应机理的数值计算结果的对比,验证了SSE方法测量对冲火焰中碳烟温度及体积分数分布的可行性。

基于对冲火焰的碳烟辐射光谱测量及误差分析

基于碳烟多光谱辐射法(SSE),测量了乙烯对冲火焰温度和碳烟体积分数分布.为了有效地降低SSE试验的测量误差,提高试验精度,利用数值模拟的方法,定量地研究了多个因素对于对冲火焰温度和碳烟体积分数测量的影响.研究表明:光谱仪信噪比导致低温区温度和碳烟体积分数的测量严重失真;忽略碳烟的自吸收效应,碳烟体积分数将被高估,温度将被低估,且利用较长波段的辐射数据,可以在一定程度上降低由于忽略自吸收效应所带来的影响;标定源温度误差所导致的辐射强度标定误差只影响温度测量的精度,光阑孔径偏差只影响碳烟体积分数的测量精度;碳烟吸收函数的不确定性是温度和碳烟体积分数测量误差的主要来源.

甲烷/氧气反扩散火焰碳烟光谱辐射特性研究

基于碳烟连续辐射光谱信息,本研究利用普通单反相机和高光谱成像系统对不同工况下甲烷-氧气反扩散火焰产生碳烟辐射强度及分布进行分析。结果表明:反扩散火焰中黄色区域是燃料在高温下热解产生的碳烟连续辐射,随[O/C]_(e)增加,黄光区逐渐减少,碳烟整体辐射强度下降,核心区位于火焰外环两翼,且辐射强度轴线分布呈双峰;沿火焰传播方向,碳烟辐射强度先增大后降低。