基于双色测温的非侵入式火焰辐射热流测量技术开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 辐射热流研究的背景

在全球工业高速发展的前提下，尤其近几十年，我国经济高速的发展、人口迅速増加、新技术不断更迭、工业飞速发展，对于开发、利用能源的需求有很大的増长空间。能源行业、材料行业作为整个工业的基石，尤其是冶金业，石油冶炼，火力发电等行业对火焰燃烧有着很高的要求。为了更加深入的了解火焰，对火焰扩散机制、火灾行为的量化以及对这种现象的控制一直是研究的重点。从根本上说只有在燃烧区域与非燃烧区域之间存在热传导、热对流或者热辐射的情况下，火焰才会蔓延。这个过程的发生是由于存在多种不同的传热机制，然而所有的模型都是基于单位面积的热流这一物理量。因此，从火焰到燃料预热区的热流得到了广泛的研究。

1.2 国内外测温研究发展现状

2. 研究的基本内容与方案

以火焰沿pmma向上蔓延过程为基础，本次研究主要包括使用单反相机的双色高温法，近似火焰体积重建和射线追踪辐射热通量计算三个部分。根据捕捉和处理得到的火焰向上蔓延的正面和侧面图像，得到温度场。从两个视图中提取火焰几何形状，重建一个近似的三维火焰体积。得到的火焰体积被离散成均匀分布的体素元素。同时假设火焰为光学厚度，烟灰特性沿火焰几何厚度均匀分布，假定路径长度为沿视距的火焰几何厚度。基于以上假设和假定，利用三维火焰体积法和双色测温法计算烟灰体积分数。并提出一种射线追踪算法，该算法在立体角域内求解每一条射线的辐射传输方程（rte）。利用计算得到的烟灰温度和浓度来获得每个体素沿射线的辐射贡献。然后，利用从燃料表面的每个单元发出的每束射线的总辐射贡献，计算辐射热通量。

2.2 技术方案

基于单反相机的双色测温是该实验的基础技术。在暗室中将pmma样品由燃烧器点燃，固定两个基于cmos的单反相机，分别从正面和侧面捕捉样品的燃烧过程，第三个cmos单反相机置于前侧相机之间，在高强度闪光灯的辅助下用来捕捉热解区域的气泡前沿。将得到的图像导入matlab平台，利用matlab的图像处理和三维重建技术，对图像进行处理，得到温度场、炭黑体积分数、辐射热流和热解高度。技术方案结构如图1所示。

3. 研究计划与安排

1.第4-6周：查阅相关文献资料，了解测温技术和pmma燃烧的热流量研究。确定实验方案，完成开题报告、外文文献翻译，并交指导老师审阅。

2.第7周：修改开题报告、毕业论文大纲、英文翻译，并定稿上交指导老师处。

3.第8-12周：完成实验工作，完成实验数据处理，完成论文初稿，交指导老师审阅。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] aphale, s. s. and p. e. desjardin (2019). "development of a non-intrusiveradiative heat flux measurement for upward flame spread using dslr camera basedtwo-color pyrometry." combustion and flame 210: 262-278.

[2]曾志斌.基于火焰图像求取温度场的双色法测温系统设计[d].华中科技大学,2013.

[3]邵力成.引入辐射率比值模型的双色测温法研究及其在火焰测温中的应用[d].浙江大学,2018.