基于火焰辐射的燃烧颗粒运动速度的测量装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于热工测量领域，具体涉及一种基于火焰辐射的燃烧颗粒两相流的燃烧 颗粒运动速度的测量装置与方法。
【背景技术】
[0002] 在锅炉煤粉燃烧和固体推进剂燃烧等的高温燃烧颗粒的燃烧两相流中，燃烧颗粒 的速度是分析燃烧状态以及评价锅炉和发动机性能的重要参数之一。
[0003] 但是，由于燃烧颗粒气流的温度较高，且由于燃烧、多相流动、传热与传质等过程 十分复杂，因而给测量带来了很多困难。
[0004] 目前，常用的燃烧颗粒速度的测量方法为图像测量法。对于燃烧颗粒两相流来说， 颗粒的图像易被很强的燃烧火焰信号所湮没，不易处理。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种非接触式燃烧颗粒运动速度的测量装置与方法，其能够 克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0006] 本发明的一个方面提供一种燃烧颗粒运动速度的测量装置，用于测量燃烧流场中 的燃烧颗粒的运动速度，包括：
[0007] 信号探测单元，用于接收燃烧颗粒所产生的辐射光强并且位于燃烧颗粒运动流场 一侧，信号探测单元包括两个信号探测器，这两个信号探测器用于探测上下游辐射光强信 号并且沿燃烧颗粒运动方向布置；
[0008] 光电转换单元，包括光电转换器，用于接收来自信号探测单元辐射的光强信号并 将光强信号转换成电压信号；
[0009] 数据采集系统，用于记录并保存光电转换单元所转换的电压信号；以及
[0010] 数据处理单元，用于对数据采集系统中保存的光电转换单元的电压信号进行处 理，而得到燃烧颗粒的运动速度，
[0011] 其中，数据处理单元所得到的燃烧颗粒的运动速度的处理结果被保存在数据采集 系统中。
[0012] 本发明提供的非接触式燃烧颗粒运动速度测量装置实现了高温燃烧颗粒的速度 测量，进一步提高现有燃烧颗粒运动速度测量装置的简易度，同时提高测量灵敏度。
[0013] 在本发明的一个具体实施例中，信号探测器为辐射光强探头，探头垂直于燃烧颗 粒运动方向布置，从而能够更方便地检测辐射光强信号。
[0014] 在本发明的一个具体实施例中，信号探测单元和光电转换单元通过光纤连接。光 纤为两根，用于传递分别从两个信号探测器接收到的辐射光强信号，并将辐射光强信号传 送给光电转换单元。
[0015] 在本发明的一个具体实施例中，数据处理单元通过对数据采集系统中所采集的电 压信号进行互相关分析，获得两路电压信号的渡越时间，并依据信号的渡越时间计算出流 场速度。本发明仅基于火焰辐射，以燃烧流场中不均匀燃烧颗粒产生的辐射光强作为互相 关分析的随机信号来实现互相关测速。
[0016] 本发明的另一方面提供一种燃烧颗粒运动速度的测量方法，该方法利用以上任一 项所述的燃烧颗粒运动速度的测量装置来进行测量，并且包括以下步骤：
[0017] 确定信号探测单元的两个信号探测器之间的距离；
[0018] 信号探测单元接收来自燃烧颗粒的辐射光强信号，并将光强信号传递到光电转换 单元；
[0019] 光电转换单元将信号探测单元传递来的光强信号转换成电压信号并且将所转换 的电压信号传递给数据采集系统；
[0020] 数据处理单元以两个上下游的光强信号作为互相关分析的随机信号，对两个光强 信号进行互相关函数分析，得出燃烧颗粒的运动速度，
[0021] 其中，数据处理单元所得到的燃烧颗粒的运动速度的处理结果被保存在数据采集 系统中。
[0022] 本发明提供的燃烧颗粒运动速度测量方法仅需要两个沿颗粒流动方向上下游接 收到的辐射信号即可获得相关数据，通过对相关数据进行处理，可得到燃烧颗粒运动速度。
[0023] 本发明的燃烧颗粒运动速度测量方法如下进行燃烧颗粒的运动速度的测量：
[0024] (1)数据处理单元将上下游接收到的辐射光强信号作为互相关分析的随机信号X (t)和y(t)，开展两信号的互相关函数分析：
[0026] 其中，T为积分平均时间，τ为时间变量，Rxy⑴在τ = τ〇达到最大值，互相关信号的 渡越时间为τ〇;
[0027] (2)根据互相关信号的渡越时间，可以根据以下公式计算出燃烧颗粒的平均运动 速度: V = d/TQ，其中d为上下游探头之间的距离。
[0028] 本发明基于火焰辐射，以燃烧颗粒两相流中浓度不均匀的燃烧颗粒群产生辐射光 强变化作为脉动信号，通过上下游探头所接收到的脉动信号的互相关分析，获得互相关渡 越时间，并结合上下游两探头的间距，计算燃烧颗粒运动速度。本发明的燃烧颗粒运动速度 的测量方法和装置提供了一种非接触式燃烧颗粒运动速度测量装置与方法，实现高温燃烧 颗粒的速度测量，进一步提高现有燃烧颗粒运动速度测量装置的简易度，具有结构简单、非 接触式测量等优点。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的燃烧颗粒运动速度测量装置的结构示意图；以及 [0030]图2是本发明的燃烧颗粒运动速度测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图详细地描述本发明的基于火焰辐射的燃烧颗粒运动速度的测量装 置与方法的结构。
[0032] 本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非 用于对其做出任何限制。
[0033] 图1为本发明的燃烧颗粒运动速度的测量装置的结构示意图。
[0034] 如图1所示，燃烧器1进行燃烧，产生燃烧流场2,燃烧颗粒运动速度的测量装置用 于测量燃烧流场2中的燃烧颗粒的运动速度。
[0035] 图1中的燃烧颗粒运动速度的测量装置主要包括信号探测单元3、光电转换单元6、 数据采集系统7以及数据处理单元8。信号探测单元3通过光纤5和光电转换单元6连接，数据 采集系统7与光电转换单元6通过数据线相连接，并且数据处理单元8通过数据线与数据采 集系统7相连接。
[0036] 信号探测单元3用于接收燃烧颗粒所产生的辐射光强信号，并且位于待测燃烧流 场2的一侧。该信号探测单元3包括两个信号探测器4,信号探测器4用于探测上下游的辐射 光强信号，并且沿燃烧颗粒的运动方向布置。在图1中，示出了两根光纤5,这两根光纤5分别 用于接收两个信号探测器4所接收到的辐射光强信号，并将辐射光强信号传送给光电转换 单元6。根据本发明的一个优选示例，信号探测器4可以为辐射光强探头，辐射光强探头垂直 于燃烧颗粒的运动方向布置。
[0037] 光电转换单元6用于接