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基于光学波动法和相关原理的颗粒测量及多波长火焰温度分析

作　者: 周洁
导　师: 岑可法；袁镇福
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 多波长火焰温度光学波动法相关测速颗粒浓度粒径
分类号: TK31
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

在本论文的第一部分中，介绍了有关采用多波长分析方法测量碳氢燃料火焰温度的研究。在该方法中，采用SD2000型光纤光谱仪测量火焰在可见光(480-1100nm)波长范围内的火焰的辐射光谱，结合Newton-Raphson非线性迭代算法和Levenberg-Marquardt最优化算法，得到火焰温度和单色辐射率变化规律。在研究中分别采用了基于F(λ)和α(λ)的单色辐射率的表达方式并进行了对比计算。对丁烷气体火焰及丁烷-植物油混合燃料火焰的测量结果表明，多波长分析方法优于传统的双色法，表现在两个方面：一、由于综合考虑多个波长单元上的火焰辐射信息，多波长方法的测量精度比双色法有较大的提高；二、在多波长分析方法中，采用标准卤素灯进行相对辐射强度标定，简化了双色法中的火焰绝对辐射强度的标定。在本论文的第二部分中，介绍了采用光学波动法测量气固两相流中颗粒浓度和粒径，以及采用光学信号相关计算方法测量颗粒空间流速的研究。光学波动法结合颗粒经过光束时所产生的光透射信号强度的均值和波动值，来得到颗粒在探测区域内的平均浓度和平均粒径，同时对光波动信号进行相关计算，可以得到颗粒的空间流速，在研究中还引入了数字滤波技术对信号进行预处理，并对测量范围进行了讨论。多处工业现场和自制两相流试验系统的测量结果表明，测量颗粒浓度和粒径的精度在10％以内，速度测量精度在8％以内，证明这种技术可以用于非球形、不透明颗粒的测量。

全文目录

第一部分利用辐射光谱多波长分析方法研究碳氢燃料火焰燃烧温度和辐射率  10-63
  第一章火焰温度测量方法综述  10-17
    1．1 火焰温度测量的意义和方法分类  10-11
    1．2 接触式火焰温度测量  11-12
      1．2．1 火焰温度测量的复杂性  11
      1．2．2 动态热偶法  11-12
    1．3 火焰温度光学方法测量  12-16
      1．3．1 基于激光散射技术的火焰温度测量方法  13
      1．3．2 基于经典辐射理论的火焰温度测量方法  13-16
    1．4 本研究的目的与意义  16-17
  第二章辐射测温理论基础及火焰辐射的特点  17-25
    2．1 辐射测温的基本概念和基本定律  17-18
      2．1．1 普朗克定律  17
      2．1．2 实际辐射体的分类及辐射特性  17-18
    2．2 火焰辐射特性和单色辐射率的数学表达  18-25
      2．2．1 概述  18-19
      2．2．2 燃烧火焰中炭黑粒子的物理特性  19-21
      2．2．3 碳氢燃料火焰的单色辐射率ε_λ的数学表达  21-25
  第三章多波长分析方法研究火焰温度及辐射率原理  25-34
    3．1 双色法辐射测温的基本原理和实验步骤  25-30
      3．1．1 双色法辐射测温原理  25-30
    3．2 利用多波长分析方法研究碳氢发光火焰温度及单色辐射率  30-33
      3．2．1 多波长分析系统的相对辐射光强标定  30-31
      3．2．2 多波长分析方法的基本公式  31-33
    3．3 本章总结  33-34
  第四章多波长测温实验系统  34-45
    4．1 硬件装置部分  34-39
      4．1．1 实验装置总述  34-35
      4．1．2 光学系统组成  35-39
    4．2 测温系统软件部分  39-45
      4．2．1 软件MWTMS和SSAS功能总述  39-40
      4．2．2 软件MWTMS中计算方法  40-43
      4．2．3 软件人机界面  43-45
  第五章实验结果分析  45-57
    5．1 燃烧火焰辐射脉动频谱分析  45-47
    5．2 双色法测温实验结果的稳定性和准确性分析  47-48
    5．3 Newton-Raphson迭代计算结果分析  48-52
      5．3．1 基于火焰单色辐射率的F（λ）表达方式的计算结果分析  48-50
      5．3．2 基于火焰单色辐射率的α（λ）表达方式的计算结果分析  50-52
    5．4 Levenberg-Marquardt最优化计算结果分析  52-55
      5．4．1 基于火焰单色辐射率的F（λ）表达方式的计算结果分析  52-53
      5．4．2 基于火焰单色辐射率的α（λ）表达方式的计算结果分析  53-55
    5．5 不同火焰测量高度的优化计算结果分析  55
    5．6 不同混合比燃料火焰温度的优化计算结果分析  55-57
  第六章结束语  57-59
  参考文献  59-63
第二部分利用光学信号相关和波动原理测量两相流中固体颗粒的三维流速、平均粒径和体积浓度  63-131
  第一章两相流颗粒测量技术综述  63-68
    1．1 两相流参数检测概论  63
    1．2 现有颗粒流速测量方法综述  63-64
      1．2．1 激光多普勒测速技术（LDA）  63-64
      1．2．2 相多普勒测速技术（PDA）  64
      1．2．3 相关测速技术  64
    1．3 现有颗粒粒径和浓度测量方法综述  64-68
      1．3．1 颗粒粒径测量的方法  64-67
      1．3．2 颗粒浓度测量的方法  67-68
  第二章相关流速测量原理  68-84
    2．1 相关计算的基本概念  68-70
    2．2 互相关测速方法  70-71
    2．3 相关测量中的数字信号处理  71-77
      2．3．1 快速傅立叶变换FFT算法  72-73
      2．3．2 数字滤波处理算法  73-77
    2．4 空间三维颗粒速度场测量的实现  77-84
      2．4．1 颗粒三维速度测量的数学模型  79-80
      2．4．2 相关测速研究中有关问题的讨论  80-84
  第三章波动法测量颗粒粒径和浓度原理  84-93
    3．1 基本概念  84-86
    3．2 其它有关知识  86-88
      3．2．1 颗粒尺寸的不同表示  86-87
      3．2．2 颗粒数空间分布的数学规律  87-88
    3．3 光学波动法测量颗粒粒径和浓度原理  88-93
      3．3．1 光学波动法  88-90
      3．3．2 测量误差分析  90-93
  第四章测量实验系统  93-107
    4．1 测量硬件系统  93-97
      4．1．1 光学系统  93-96
      4．1．2 测量电路部分  96-97
    4．2 测量软件系统  97-103
      4．2．1 概述  98
      4．2．2 自检功能  98-101
      4．2．3 测量及显示功能  101-103
      4．2．4 数字滤波功能  103
    4．3 测量系统标定  103-107
      4．3．1 光束信号自检  103-104
      4．3．2 相关测速模拟实验  104-107
  第五章实验结果与分析  107-126
    5．1 浙江菲达机电集团布袋除尘器试验台试验结果  107-111
      5．1．1 粉煤灰浓度测量结果  108-110
      5．1．2 管道内粉煤灰流速测量结果  110-111
    5．2 在自制的两相流试验系统中的试验结果  111-123
      5．2．1 不同吹尘器输入电压下的管路风速测量及标定用靠背管的标定  112-113
      5．2．2 光束信号频谱分析结果  113-114
      5．2．3 颗粒流速测量结果  114-119
      5．2．4 颗粒粒径和浓度的测量结果  119-123
    5．3 北仑电厂中储式制粉系统播煤风管测量结果分析  123-125
    5．4 多功能悬浮燃烧试验炉播煤风管测量结果分析  125-126
  第六章结束语  126-128
  参考文献  128-131
攻读博士学位期间发表的论文  131-132
致谢  132

基于光学波动法和相关原理的颗粒测量及多波长火焰温度分析

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