层流乙烯扩散火焰红外辐射率检测实验研究-动力工程专业论文.docxVIP

华中科技大学硕士学位论文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 维持火焰稳定、高效燃烧一直是科学研究人员和工程实践人员的不懈追求。近些 年来燃烧诊断技术应用非常广泛，尤其是基于图像处理的可视化方法。本文即介绍了 应用于红外区域的一款产品海曼红外传感器，并对它进行了一系列实验研究： 阐述了海曼红外传感器的基本原理和使用方法，确定利用中高温黑体炉直接对其 进行标定工作。海曼传感器在中温黑体炉起始低温 300℃时都会出现饱和现象，源于 辐射信号由温度和辐射率共同决定。300℃温度虽低，但黑体辐射率最大为 1，极易出 现饱和；另一方面海曼红外传感器却能直接测量打火机等高温火焰，这就是辐射率很 小所致。 为了减弱辐射信号在传感器镜头前面添加一个滤色片。保险起见先在中温黑体炉 进行标定实验，利用 Origin 画出关于 K 的主曲线，K 随温度升高呈现递减趋势。再到 高温黑体炉进行相同的实验，电压数值随着温度的升高却一直保持恒定，对比分析后 确定是高温黑体炉腔口玻璃基本没有透过红外辐射，并由此找到了海曼红外传感器的 电压基本值。有了这个基本值，就可以校正中温黑体炉实验中得到的 K 曲线。 利用黑体炉的标定结果，在乙烯火焰上同时进行红外和可见光的对比实验。基于 双色法的可见光光谱仪可以得到火焰指定 5 个高度的温度和辐射率值。结合海曼红外 传感器的输出电压信号以及标定好的仪器常数因子 K，可以算出火焰在红外区域的辐 射率并与可见光辐射率结果进行比较分析。乙烯火焰中可见光区域辐射率大于红外区 域的辐射率；在烟黑辐射率与波长成反比的理论基础上，分析得到在红外区域除了烟 黑贡献外，CO2 和 H2O 也左右着火焰辐射率。最后通过乙烯火焰气体产物在红外波段 的吸收特性比较，得到火焰在红外区域的 CO2 辐射率。 关键词：燃烧检测，红外传感器，黑体炉，辐射率 II II ABSTRACT Maintaining the stable, efficient coal combustion has been a constant pursuit for both science research and engineering practice. Along with the IT technology progress, the combustion diagnostic technique which based on image processing has been widely used. This paper introduced a new production Heimann infrared sensor, and carried out a series of experimental research about it: The basic principles and applications of Heimannsensor were described at the beginning. After denying putting gases into the blackbody furnace, we decided to accomplish the calibration of Heimannsensor by the blackbody furnace directly. Through the experiment we found out that the Heimannsensor went into saturation very easily. The radiation signal depends on temperature as well as emissivity. Although 300℃ of the blackbody furnace is a low temperature, the emissivity is the maximum 1; but Heimannsensor can directly measure the high temperature cigarette-lighter flame, this is because of low emissivity. An optic filter was used in front of the window in order to reduce the infrared radiation. We firstly started calibration on the 300℃~1300℃ blackbody furnace. Then we drew a main curve of K by orig