基于火焰輻射的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱工測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于火焰輻射的燃燒顆粒兩相流的燃燒 顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鍋爐煤粉燃燒和固體推進(jìn)劑燃燒等的高溫燃燒顆粒的燃燒兩相流中，燃燒顆粒 的速度是分析燃燒狀態(tài)以及評價(jià)鍋爐和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)之一。
[0003] 但是，由于燃燒顆粒氣流的溫度較高，且由于燃燒、多相流動(dòng)、傳熱與傳質(zhì)等過程 十分復(fù)雜，因而給測量帶來了很多困難。
[0004] 目前，常用的燃燒顆粒速度的測量方法為圖像測量法。對于燃燒顆粒兩相流來說， 顆粒的圖像易被很強(qiáng)的燃燒火焰信號所湮沒，不易處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種非接觸式燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置與方法，其能夠 克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺陷。
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置，用于測量燃燒流場中 的燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，包括：
[0007] 信號探測單元，用于接收燃燒顆粒所產(chǎn)生的輻射光強(qiáng)并且位于燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)流場 一側(cè)，信號探測單元包括兩個(gè)信號探測器，這兩個(gè)信號探測器用于探測上下游輻射光強(qiáng)信 號并且沿燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)方向布置；
[0008] 光電轉(zhuǎn)換單元，包括光電轉(zhuǎn)換器，用于接收來自信號探測單元輻射的光強(qiáng)信號并 將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
[0009] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于記錄并保存光電轉(zhuǎn)換單元所轉(zhuǎn)換的電壓信號；以及
[0010] 數(shù)據(jù)處理單元，用于對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中保存的光電轉(zhuǎn)換單元的電壓信號進(jìn)行處 理，而得到燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，
[0011] 其中，數(shù)據(jù)處理單元所得到的燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度的處理結(jié)果被保存在數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)中。
[0012] 本發(fā)明提供的非接觸式燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量裝置實(shí)現(xiàn)了高溫燃燒顆粒的速度 測量，進(jìn)一步提高現(xiàn)有燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量裝置的簡易度，同時(shí)提高測量靈敏度。
[0013] 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，信號探測器為輻射光強(qiáng)探頭，探頭垂直于燃燒顆 粒運(yùn)動(dòng)方向布置，從而能夠更方便地檢測輻射光強(qiáng)信號。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，信號探測單元和光電轉(zhuǎn)換單元通過光纖連接。光 纖為兩根，用于傳遞分別從兩個(gè)信號探測器接收到的輻射光強(qiáng)信號，并將輻射光強(qiáng)信號傳 送給光電轉(zhuǎn)換單元。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元通過對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中所采集的電 壓信號進(jìn)行互相關(guān)分析，獲得兩路電壓信號的渡越時(shí)間，并依據(jù)信號的渡越時(shí)間計(jì)算出流 場速度。本發(fā)明僅基于火焰輻射，以燃燒流場中不均勻燃燒顆粒產(chǎn)生的輻射光強(qiáng)作為互相 關(guān)分析的隨機(jī)信號來實(shí)現(xiàn)互相關(guān)測速。
[0016] 本發(fā)明的另一方面提供一種燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量方法，該方法利用以上任一 項(xiàng)所述的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置來進(jìn)行測量，并且包括以下步驟：
[0017] 確定信號探測單元的兩個(gè)信號探測器之間的距離；
[0018] 信號探測單元接收來自燃燒顆粒的輻射光強(qiáng)信號，并將光強(qiáng)信號傳遞到光電轉(zhuǎn)換 單元；
[0019] 光電轉(zhuǎn)換單元將信號探測單元傳遞來的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并且將所轉(zhuǎn)換 的電壓信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0020] 數(shù)據(jù)處理單元以兩個(gè)上下游的光強(qiáng)信號作為互相關(guān)分析的隨機(jī)信號，對兩個(gè)光強(qiáng) 信號進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)分析，得出燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，
[0021] 其中，數(shù)據(jù)處理單元所得到的燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度的處理結(jié)果被保存在數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)中。
[0022] 本發(fā)明提供的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量方法僅需要兩個(gè)沿顆粒流動(dòng)方向上下游接 收到的輻射信號即可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度。
[0023] 本發(fā)明的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量方法如下進(jìn)行燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度的測量：
[0024] (1)數(shù)據(jù)處理單元將上下游接收到的輻射光強(qiáng)信號作為互相關(guān)分析的隨機(jī)信號X (t)和y(t)，開展兩信號的互相關(guān)函數(shù)分析：
[0026] 其中，T為積分平均時(shí)間，τ為時(shí)間變量，Rxy⑴在τ = τ〇達(dá)到最大值，互相關(guān)信號的 渡越時(shí)間為τ〇;
[0027] (2)根據(jù)互相關(guān)信號的渡越時(shí)間，可以根據(jù)以下公式計(jì)算出燃燒顆粒的平均運(yùn)動(dòng) 速度: V = d/TQ，其中d為上下游探頭之間的距離。
[0028] 本發(fā)明基于火焰輻射，以燃燒顆粒兩相流中濃度不均勻的燃燒顆粒群產(chǎn)生輻射光 強(qiáng)變化作為脈動(dòng)信號，通過上下游探頭所接收到的脈動(dòng)信號的互相關(guān)分析，獲得互相關(guān)渡 越時(shí)間，并結(jié)合上下游兩探頭的間距，計(jì)算燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度。本發(fā)明的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度 的測量方法和裝置提供了一種非接觸式燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量裝置與方法，實(shí)現(xiàn)高溫燃燒 顆粒的速度測量，進(jìn)一步提高現(xiàn)有燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量裝置的簡易度，具有結(jié)構(gòu)簡單、非 接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及 [0030]圖2是本發(fā)明的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度測量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的基于火焰輻射的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝 置與方法的結(jié)構(gòu)。
[0032] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的實(shí)施例僅是對本發(fā)明的示例性說明，而非 用于對其做出任何限制。
[0033] 圖1為本發(fā)明的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 如圖1所示，燃燒器1進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生燃燒流場2,燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置用 于測量燃燒流場2中的燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)速度。
[0035] 圖1中的燃燒顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量裝置主要包括信號探測單元3、光電轉(zhuǎn)換單元6、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7以及數(shù)據(jù)處理單元8。信號探測單元3通過光纖5和光電轉(zhuǎn)換單元6連接，數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)7與光電轉(zhuǎn)換單元6通過數(shù)據(jù)線相連接，并且數(shù)據(jù)處理單元8通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)7相連接。
[0036] 信號探測單元3用于接收燃燒顆粒所產(chǎn)生的輻射光強(qiáng)信號，并且位于待測燃燒流 場2的一側(cè)。該信號探測單元3包括兩個(gè)信號探測器4,信號探測器4用于探測上下游的輻射 光強(qiáng)信號，并且沿燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)方向布置。在圖1中，示出了兩根光纖5,這兩根光纖5分別 用于接收兩個(gè)信號探測器4所接收到的輻射光強(qiáng)信號，并將輻射光強(qiáng)信號傳送給光電轉(zhuǎn)換 單元6。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選示例，信號探測器4可以為輻射光強(qiáng)探頭，輻射光強(qiáng)探頭垂直 于燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)方向布置。
[0037] 光電轉(zhuǎn)換單元6用于接