Пирометрия пламени сенюев И. В
Скачать 51.63 Kb.
|
ПИРОМЕТРИЯ ПЛАМЕНИ Сенюев И.В. Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского 140180, Россия, г. Жуковский, Московская область, ул. Жуковского, д.1 Задача измерения температуры пламени актуальна в науке и технике. Часто эта задача может быть решена только оптическими методами. Используются как методы эмиссионной и адсорбционной спектроскопии, так и более сложные локальные методы лазерной спектроскопии. Многие пламена содержат частицы сажи и для измерения температуры таких пламен может использоваться пирометрия. Пирометрия основана на двух законах. Первый – это закон Планка, который дает зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от длины волны и температуры:  .Второй – закон Кирхгофа, из которого следует, что отношение испускательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты, не зависит от их формы и химической природы и равно испускательной способности абсолютно черного тела:  Поглощательную способность α(λ,T) равна излучательной способности (λ,T), которая показывает, какую долю от энергии абсолютно чёрного тела излучает данное тело при той же температуре, называемой также степенью черноты тела. Исходя из выше сказанного, можно получить выражение для спектральной плотности мощности излучения для реальных тел, который будет выглядеть следующим образом:  Для абсолютно черного тела =1. Методом яркостной пирометрии измеряется яркостная температура по яркости излучения при фиксированной длине волны, а для получения реальной температуры необходимо знать степень черноты на длине волны измерения. В пламенах источником свечения часто является сажа. Сажа имеет известную степень черноты ( = 0.94-0.96), что, казалось бы, позволяет вычислить реальную температуру сгорания топлива. Но пламя является, как правило, «полупрозрачной» средой, и яркость пламени не соответствует яркости сплошного тела. Так же спектр пламени может оказаться комбинацией теплового и линейчатого спектров, а длина волны измерения может совпасть с одной из линий линейчатого спектра, что также приведет к получению некорректной температуры. Для измерения температуры пламени можно использовать спектральную пирометрию [1]. Суть метода заключается в регистрации спектра излучения исследуемого объекта в широком диапазоне длин волн, сравнении его со спектром абсолютно черного тела и нахождении участка, где эти спектры подобны. Толчком для развития спектральной пирометрии явилось появление спектрометров на основе ПЗС линеек. Такие спектрометры позволяют регистрировать одномоментно весь спектр излучения. Необходимо отметить, что определение спектральной температуры корректно для тел с известной зависимостью излучательной способности от длины волны, в частности для серых тел (=const), причем абсолютное значение не имеет значения. Для очень малых частиц r<< в широком диапазоне длин волн излучательная способность частиц обратна пропорциональна длине волны [2]:  Закон Планка для таких частиц, в приближения Вина (с2/λT>>1) можно записать в виде:  В приближении больших частиц сажи r>, можно считать =const и закон Планка запишется в виде:  Из этих записей видно, что спектр излучения в координатах (ln(I λ6), 1/λ) для малых частиц и в координатах (ln(I λ5), 1/λ) для больших частиц будет представляться прямой линией, причем наклон прямой равен c2/T. В работе были проведены измерения температуры пламени керосиновой лампы без колбы. Регистрация спектров излучения проводилась с помощью спектрометра на ПЗС линейке OceanOptics USB2000+. Результаты измерений были обработаны в приближениях малых и больших частиц (Рис. 1). Спектр хорошо аппроксимируется прямой линией в обоих случаях, но спектральные температуры разные. В первом случае температура получилась равной 1500C, а во втором – 1650C. Наклон определялся на участке от 500 нм до 800 нм. Так же была измерена яркостная температура пламени на длине волны 633 нм, которая составила 1240C. Из полученных значений яркостной и спектральной температуры было получено соответствующее им значение коэффициента «эффективной» излучательной способности на длине волны 633 нм. В случае приближения мелких частиц – излучательная способность равна =0.118, а в случае приближения серого тела – =0.038. Для разрешения вопроса, какое приближение корректнее, с помощью лазера и фотометра были проведены измерения поглощения света в пламени. Луч лазера (633 нм) направлялся на фотометр, и производилась регистрация мощности излучения с пламенем и без пламени, схема экспериментальной установки изображена на рисунке 2. Поглощение света и спектральная температура измерялась в одной точке. По результатам измерений ослабление лазерного луча составило 0.107, что хорошо согласуется с излучательной способностью пламени в случае, если его рассматривать как облако мелких частиц.  Рис. 1. Спектр пламени в координатах Вина. а – в приближении мелких частиц, б – в приближении больших частиц. Черным выделен участок, по которому определялась спектральная температура.  а    б Рис. 2. Экспериментальная установка а – схема установки, б – положение точки измерения отмечено точкой. Для очень мелких частиц рассеяние света мало по сравнению с поглощением [2, 3] и ослабление лазерного излучения можно приписывать исключительно поглощению. Для очень мелких частиц поглощение пропорционально объему частицы и их количеству, т.е. количеству вещества[2, 4]:  где N – концентрация частиц, D – оптический путь в пламени, n – показатель преломления, χ – показатель поглощения, υ – объем частицы. Это позволяет из пирометрических измерений находить объемную концентрацию конденсированной фазы (сажи). Выводы:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Сенюев И.В., 2014 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Самое страшное, что может случиться в судьбе человека и всей страны... Зловещие языки пламени, рвущиеся ввысь и испепеляющие все, что встает на их пути. Искаженные ужасом лица женщин, детей, стариков.... | | Урок- исследование тема: «Горение. Строение пламени» Цель данного этапа урока — создание эмоционального настроя учащихся, формирование интереса к уроку постановка учебной задачи |
| Модели фронтального горения в двигателе с искровым зажиганием с учетом... Тема урока: Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания (двс) |
