火焰紅外多光譜輻射特性測量及溫度場重建研究.pdf

1、火焰輻射特性及溫度的測量研究是一項(xiàng)基礎(chǔ)性很強(qiáng)的工作，由于火焰目標(biāo)的多樣性、非合作性、背景的復(fù)雜性，以及火焰自吸收的特殊性等原因?qū)鹧孑椛涮匦约皽囟葓龅脑\斷一直是一個(gè)難題。本文主要研究火焰的紅外光譜輻射特性測量和火焰溫度場的重建，提出相應(yīng)的實(shí)用數(shù)據(jù)處理方法，研制了一套不依賴于火焰組分、不干擾燃燒流場的火焰輻射特性測量裝置，并成功用于丁烷/空氣燃燒火焰的測量實(shí)驗(yàn)。總體來說，本文做了如下工作：1.火焰光譜發(fā)射率和平均溫度的理論研究。針對火焰狀

2、態(tài)非重復(fù)性的特點(diǎn)，提出二次擬合思想以同時(shí)獲得火焰的多個(gè)光譜發(fā)射率和溫度。該方法首先對火焰發(fā)射率與波長的關(guān)系進(jìn)行分段線性擬合，預(yù)判發(fā)射率隨波長的變化趨勢，然后用得到發(fā)射率數(shù)值計(jì)算火焰的光譜輻射強(qiáng)度，并與測量值比較，剔除誤差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，對其余數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的曲線擬合，得到火焰光譜發(fā)射率和平均溫度。仿真研究表明，二次擬合數(shù)據(jù)處理方法對于火焰光譜發(fā)射率和平均溫度的測量是有效的。 2.基于多光譜數(shù)據(jù)融合重建火焰溫度場的研究。目前對于火焰

3、溫度場的重建都是通過單個(gè)光譜下的吸收系數(shù)分布來完成的。由于火焰目標(biāo)的不穩(wěn)定性和測量環(huán)境的復(fù)雜性，這樣得到的火焰溫度場分布的可信度較低。針對該情況，提出了基于發(fā)射吸收光譜層析法的多光譜數(shù)據(jù)融合重建火焰溫度場的方法。首先，采用發(fā)射吸收光譜層析法，獲得火焰多個(gè)光譜下的發(fā)射率值；其次，采用混沌遺傳算法分別重建火焰內(nèi)部多個(gè)光譜的吸收系數(shù)分布，根據(jù)所得的多個(gè)光譜下的吸收系數(shù)分布，可以進(jìn)一步得到該溫度場的多組分布結(jié)果；最后，通過數(shù)據(jù)融合理論得到火焰溫

4、度場分布的最優(yōu)估計(jì)。仿真研究表明，基于多光譜數(shù)據(jù)融合的方法降低了火焰目標(biāo)的不確定性，提高了溫度分布重建的可信度。 3.火焰紅外光譜輻射特性自動測試裝置的研制。設(shè)計(jì)了由卡塞格倫光學(xué)接收系統(tǒng)、光柵單色儀自動掃描系統(tǒng)、熱釋電探測器、數(shù)字鎖相放大器、高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成的火焰紅外光譜輻射特性測量裝置，設(shè)計(jì)了采集策略和采集軟件。 4.火焰光譜輻射特性的實(shí)驗(yàn)研究。利用研制的火焰紅外光譜輻射特性測量裝置測量了丁烷/空氣燃燒火焰產(chǎn)