微火焰溫度場的自動掃描微型熱電偶測量

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1、華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第41卷第7期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol．41No．72013年7月(NaturalScienceEdition)July2013文章編號:1000-565X(2013)07-0102-05*微火焰溫度場的自動掃描微型熱電偶測量11，211蔣利橋康占肖楊浩林趙黛青(1．中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣東廣州510640;2．中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)摘要:探索了一種用微型熱電偶自動點掃描測量微火焰溫度場

2、的方法，從理論上分析了熱電偶大小與熱氣流速度對測溫誤差的影響，并以3個直列預(yù)混微火焰為對象，通過實驗詳細考察了自動掃描熱電偶的數(shù)據(jù)采集時間間隔和熱電偶移動速度對火焰溫度測量的影響．結(jié)果表明:當絲徑小于50μm時，微型熱電偶測量的火焰溫度誤差將小于0．6%;實驗中采用絲徑50μm的Ｒ型微型熱電偶，當溫度數(shù)據(jù)采集時間間隔為0．1s和熱電偶移動速度為1．82～4．22mm/s時，自動掃描測得的火焰溫度與手動單點長時間停留熱電偶測得的溫度場一致;微型熱電偶自動掃描方法可實現(xiàn)快速、準確的微火焰溫度場測量．關(guān)鍵

3、詞:微火焰;微型熱電偶;自動掃描;溫度場測量中圖分類號:TK16doi:10．3969/j．issn．1000-565X．2013．07．017微尺度火焰具有不同于常規(guī)尺度火焰的一些優(yōu)焰造成較大的干擾，從而使溫度場失真，因此關(guān)于微［1-3］良特性，如:微尺度火焰形狀類似于微重力條件火焰測溫的實驗數(shù)據(jù)極少．不過，熱電偶法仍然是一［14-15］下的球形火焰，向四周發(fā)射熱量的均勻性好;火焰藍種簡單有效的火焰溫度場測量方法．色透明，有利于抑制污染物的排放;火焰尺度小和發(fā)采用固定熱電偶的方式進行單點測量，或者

4、手熱率大等．基于這些優(yōu)點，微火焰可以應(yīng)用于一些特動移動熱電偶實施多點測量，獲得的微火焰溫度數(shù)定場合，例如利用微火焰陣列形成穩(wěn)定、均勻的溫度據(jù)有限．文中嘗試采用自動掃描微型熱電偶進行微場，并將其作為加熱熱源．火焰溫度場的連續(xù)測量，以大幅提高溫度數(shù)據(jù)獲得對微火焰結(jié)構(gòu)基本特征的掌握是開展微火焰應(yīng)量和測量準確度，并以3個直列預(yù)混微火焰為測試用的前提，前人主要通過數(shù)值解析得到微火焰的結(jié)對象，探討火焰溫度場的特性．［4-5］構(gòu)特性，同時，拍照與激光光學(xué)測量也是獲得微［6-9］1實驗裝置及方法火焰形態(tài)特征的基本手

5、段．但受尺度變小的限制，微火焰與微燃燒溫度場的測量成為難點，微火焰實驗裝置如圖1所示，整個裝置包括供氣控制、溫度場分布實驗數(shù)據(jù)仍然非常缺乏．目前微火焰和微噴嘴、微噴嘴位移裝置及溫度采集系統(tǒng)．實驗以甲微尺度燃燒溫度場的測量方法主要分為接觸式測溫烷為燃料(由氣瓶供給)、空氣為氧化劑(由壓縮機(如熱電偶測溫)和非接觸式測溫(如紅外測溫)兩供給)．實驗中使用的不銹鋼噴嘴內(nèi)徑為1．0mm，外［10］種，楊澤亮等采用K型熱電偶測量了乙醇微火焰徑為1．5mm，噴嘴間距S為相鄰兩噴嘴的中心距，［11-13］的最高溫

6、度，Kim、Li和Zhou等分別采用熱電噴嘴內(nèi)徑為d．實驗中采用每個噴嘴單獨供氣的方偶和紅外熱像儀測量了微燃燒器壁面的溫度．微火式對3個預(yù)混微火焰展開研究，以確保不同噴嘴之焰整體尺寸約幾毫米，一般認為熱電偶法會對微火間流量的均勻性，即分別采用3組質(zhì)量流量計為收稿日期:2013-02-05*基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(51176193);國家自然科學(xué)基金青年基金資助項目(51006109)作者簡介:蔣利橋(1974-)，男，博士，副研究員，主要從事微尺度燃燒及替代燃料燃燒污染物控制研究．E-m

7、ail:jianglq@ms．giec．a(chǎn)c．cn通信作者:趙黛青(1958-)，女，博士，研究員，主要從事燃燒與能源戰(zhàn)略研究．E-mail:zhaodq@ms．giec．a(chǎn)c．cn第7期蔣利橋等:微火焰溫度場的自動掃描微型熱電偶測量1033個噴嘴單獨供氣．中間噴嘴固定在一維可調(diào)支架上，左右兩邊噴嘴對稱布置并分別固定在二維可調(diào)坐標架上，其水平可調(diào)精度為0．01mm，3個微噴嘴調(diào)節(jié)支座置于水平光學(xué)平臺上，穩(wěn)定的微火焰通過增強型相機(ICCD)進行拍攝記錄．溫度測量中熱電偶固定在垂直方向一維可調(diào)支架上

8、(調(diào)整精度0．01mm)，用于測量火焰不同高度處的溫度分布;垂圖3熱電偶傳熱模型直調(diào)距支架固定于可水平滑動的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌由電機Fig．3Heattransfermodelofthermocouple驅(qū)動，在水平方向上掃描火焰，這樣就可以得到火焰二維截面上的溫度分布．熱電偶為絲徑50μm的Ｒ型熱;熱電偶物性參數(shù)按金屬鉑(Pt)計算;設(shè)熱電偶發(fā)熱電偶，其顯微照片如圖2所示．實驗過程中通過調(diào)射率ε=0．05．假設(shè)火焰溫度θg=1175℃，室溫θ0=節(jié)無量綱噴嘴間距S/d來研