火焰溫度與設(shè)備材料的選擇

　　摘要：燃燒過(guò)程中火線溫度是最具代表性的熱力參變量。除了針對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程進(jìn)行的理論分析，還有因研究高效率底污染的新興車發(fā)動(dòng)機(jī)、減少汽車污染或者對(duì)電站燃煤鍋爐煤粉燃燒的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、清潔性的研究過(guò)程中，火焰溫度測(cè)試技術(shù)的分析探討都為上述工作奠定了一定的基礎(chǔ)。本文主要通過(guò)深入研究火焰溫度的基礎(chǔ)類型、特性以及設(shè)備材料，方便以后類似研究能更好的學(xué)習(xí)借鑒。

　　關(guān)鍵詞：火焰分類;火焰溫度;設(shè)備材料

　　1.火焰的分類及特性

　　按照不同的火焰輻射光譜，將火焰分為兩種不同類型，主要包括發(fā)光火焰和透明火焰兩類。其中透明火焰一般是以線狀得方式表現(xiàn)出來(lái)的，輻射光譜在紅外區(qū)段，在一定區(qū)域的紅光波長(zhǎng)上沒有輻射能力，那么發(fā)光火焰輻射出的則是連續(xù)光譜，火焰燃燒中存在煙粒，在可見光譜內(nèi)也有輻射能。因?yàn)椴煌�火焰發(fā)光的原理以及發(fā)光的輻射能都存在一定差異，那么測(cè)量火焰溫度的方法也因此會(huì)出現(xiàn)不同。通常根據(jù)燃燒火焰接觸感溫原件的程度，將火焰溫度測(cè)量方法分為接觸發(fā)測(cè)溫和非接觸法測(cè)溫兩種基礎(chǔ)方法。

　　2火焰溫度的測(cè)量方法

　　2.1接觸法測(cè)溫

　　一般使用最多的接觸測(cè)溫的方法是熱電偶測(cè)溫，這種測(cè)溫方式簡(jiǎn)單，并且測(cè)量數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，如果材質(zhì)不同的金屬合金導(dǎo)體兩頭溫度出現(xiàn)不同，那么兩端肯定會(huì)造成電勢(shì)差，導(dǎo)體兩端的溫度差距和電勢(shì)差能組成簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)檢測(cè)的對(duì)象熱端和該導(dǎo)體熱度趨于平衡階段，而冷端的溫度則是之前就設(shè)置固定的，那么被檢測(cè)對(duì)象的火焰溫度通過(guò)電勢(shì)差就可以得出。當(dāng)然使用熱電偶測(cè)溫火焰溫度也會(huì)有一些缺點(diǎn)：如果被檢測(cè)火焰溫度較高，那么就很難找到能適應(yīng)檢測(cè)溫度區(qū)域熔點(diǎn)較高的熱電偶材料;不能在熱電偶和稀薄的火焰氣體中達(dá)到平衡狀態(tài)，不能明確的分辨時(shí)間和空間概念;檢測(cè)具有一定的局限性，檢測(cè)的只是高溫火焰氣體容易出現(xiàn)停滯的溫度。

　　2.2成象法

　　成像法從光的干涉原理角度來(lái)說(shuō)，具體包括紋影法、激光散斑照相法、干涉儀法以及激光全息干涉法等。對(duì)于測(cè)量的火焰溫度而言，使用上述任何一種光學(xué)方法都是先通過(guò)測(cè)量火焰折射率的分布進(jìn)而測(cè)量出火焰溫度的。測(cè)量過(guò)程主要是各種光參量變化是以流場(chǎng)中每個(gè)位置折射率的變化作為參考依據(jù)，然后將其記錄到感光膠片上，再根據(jù)其特性或者定量進(jìn)行研究分析。

　　紋影法具體是指將經(jīng)過(guò)氣流擾動(dòng)區(qū)域后的光線利用紋影儀向不同位置的偏折光進(jìn)行區(qū)分，然后將部分偏折光用紋影刀口遮擋住，讓擾動(dòng)區(qū)折射率的變化以明暗變化的紋影圖像在底片上展示避出來(lái)。激光散斑照相法是根據(jù)光線經(jīng)過(guò)氣流擾動(dòng)區(qū)時(shí)，部分區(qū)域法折射率形狀會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致與之前沒有經(jīng)過(guò)擾動(dòng)區(qū)的光線比較，漫射體的投射光出現(xiàn)了位置變化，那么照相底片上則呈現(xiàn)的是散斑位置改變的圖像。干涉依法是在氣流擾動(dòng)區(qū)和氣流正常區(qū)同時(shí)經(jīng)過(guò)兩束同軸相干光，因?yàn)闅饬鲾_動(dòng)區(qū)折射率不同，那么光程差也會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而兩束同軸相干光都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，因此在照相底底片上展示的就是干涉條紋的變化。

　　2.3輻射法

　　①首先是發(fā)射—吸收光譜法。一開始較早使用的發(fā)射—吸收法是譜線反轉(zhuǎn)法，該方法在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中設(shè)備以及操作簡(jiǎn)單便捷，特別適合應(yīng)用在火焰穩(wěn)定、測(cè)量方向溫度不會(huì)發(fā)生太大變化的試驗(yàn)中，具體操作過(guò)程是先將適量的微量鈉鹽投入到測(cè)量的火焰中，當(dāng)鈉燃燒時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩天不同長(zhǎng)度的黃色明亮譜線。如果被檢測(cè)的火焰溫度比光源的溫度高或者低，背景光源的自然光線經(jīng)過(guò)鈉蒸汽并且被照射，那么鈉線在背景光源的連續(xù)光譜也會(huì)隨之發(fā)生變化。但是當(dāng)火焰的溫度和光源的亮度溫度相同時(shí)，鈉線在背景的連續(xù)光譜中就會(huì)顯示。譜線反轉(zhuǎn)法的缺點(diǎn)在于其背景光源亮度的一定的范圍控制，只適合應(yīng)用在1000K—2700K的溫度測(cè)量范圍內(nèi)。

　�、诟邷赜�(jì)法。高溫計(jì)法主要是根據(jù)普朗克定律、維恩定律和玻爾茲曼定律對(duì)火焰溫度進(jìn)行測(cè)量的。高溫計(jì)計(jì)的溫度數(shù)據(jù)因?yàn)槭盏焦庾V發(fā)射率的影響，只是通過(guò)不同的溫度計(jì)，例如全服射溫度計(jì)、單色高溫計(jì)或者比色溫度計(jì)，測(cè)量出物體輻射溫度、亮度溫度或者比色溫度，而沒有測(cè)量到火焰真正的溫度。通常會(huì)使用發(fā)射率修正法、逼近黑體法、輔助源發(fā)和偏振光發(fā)法等方法對(duì)之前檢測(cè)法溫度進(jìn)行發(fā)射率調(diào)整，確保測(cè)量出火焰的真實(shí)溫度。而當(dāng)下最多采用的方法是將火線溫度信息通過(guò)多個(gè)光譜下的物體進(jìn)行輻射，然后經(jīng)過(guò)整理分析得到火焰的真實(shí)溫度，該方法也就指的是多光譜測(cè)溫法，是目前能測(cè)量到火焰真實(shí)溫度以及光譜發(fā)射率數(shù)據(jù)最有效的方法。

　　3.設(shè)備材料的選擇

　　3.1硅橡膠

　　硅橡膠在高溫狀態(tài)下能持續(xù)使用較長(zhǎng)的時(shí)間，而氟硅橡膠則更耐高溫，能在溫度高達(dá)350℃時(shí)使用。硅橡膠基料的這類飽和集合物，主要是通過(guò)聲子對(duì)熱量進(jìn)行傳播的，是沒有自由電子能及時(shí)傳播熱量的，還有就是它的導(dǎo)熱系數(shù)非常低。

　　在硅橡膠中添加適量的阻燃劑，能有提高其阻燃作用，阻斷火焰燃燒氧氣供給。硅橡膠收到火焰灼燒時(shí)，試片吸收的熱量回促進(jìn)硅橡膠溫度快速提升，達(dá)到一定溫度后，試片就會(huì)產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而形成碳化層。碳化層的有點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)疏松，隔熱效果比較理想，但是結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，當(dāng)遇到較高溫度時(shí)，碳化層就會(huì)脫落，就會(huì)失去隔熱保護(hù)，所以可以通過(guò)選用合適的耐高溫織物對(duì)碳化層進(jìn)行保護(hù)。

　　3.2耐高溫織物

　　其中玻璃纖維不會(huì)出現(xiàn)燃燒，傳播的熱量也很微小，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會(huì)受潮發(fā)霉，具有一定強(qiáng)度。

　　芳綸1313纖維是聚苯二甲酰間苯二胺，聚酰胺長(zhǎng)鏈構(gòu)成的大分子，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會(huì)因高溫而大小發(fā)生變化，有較好的阻燃性，不會(huì)發(fā)生熔斷，當(dāng)溫度熱沖擊超過(guò)1000℃時(shí)，該分子會(huì)快速碳化變厚，形成絕熱織物。

　　3.3多層織物硅橡膠墊

　　高硅氧案玻璃纖維的缺點(diǎn)在于沒有較好的韌性，不能和膠料進(jìn)行緊密結(jié)合，因此只能在碳化層后方使用，利用其耐高溫性保護(hù)碳化層穩(wěn)定，不能應(yīng)用在火焰首層，防止形成的絕熱層因受到高速氣流沖刷造成破壞。

　　那么防火面的首層選用芳綸1313就能有效促進(jìn)燃燒過(guò)程中絕熱層快速形成碳化層，這是因?yàn)榉季]1313具有較好的韌性。但由于使用的芳綸材質(zhì)較多，缺乏實(shí)性，所以除了在防火面設(shè)置一層，還需要添加三層玻璃纖維。

　　經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)碳化層不僅充分發(fā)揮了其阻熱作用，有效阻止熱量傳遞，同時(shí)針對(duì)火焰或熱氣流的對(duì)流傳遞的熱量，增加的織物阻熱層產(chǎn)生多次的消耗熱量的流動(dòng)，這也證實(shí)多層織物合成的熱防護(hù)性明顯比單層的阻熱作用好。

　　電力論文投稿刊物：《計(jì)量學(xué)報(bào)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1980年，由中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)主辦。本刊報(bào)道計(jì)量和精密測(cè)試科學(xué)技術(shù)的最新研究成果和進(jìn)展�？�登具有創(chuàng)造性的學(xué)術(shù)論文、研究簡(jiǎn)報(bào)。內(nèi)容包括：幾何量、溫度與熱物性、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、聲學(xué)、時(shí)間頻率、電離輻射、化學(xué)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、生物等學(xué)科的計(jì)量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的研制;測(cè)量原理和方法的研究;新技術(shù)的應(yīng)用及計(jì)量學(xué)科的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)等。

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，火焰氣體發(fā)光有較多原理以及復(fù)雜多樣的發(fā)光光譜為測(cè)量火焰溫度的方法奠定了良好基礎(chǔ)。近年來(lái)我國(guó)社會(huì)科學(xué)和國(guó)防工業(yè)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于火焰溫度的測(cè)量已經(jīng)不僅僅局限于測(cè)量某一時(shí)刻的溫度，而是想要不破壞、不接觸測(cè)量對(duì)象，就能有效獲得火焰任何時(shí)刻的三維溫度分布情況，因此就需要有更先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)、更寬的測(cè)量范圍以及較高的測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)火焰溫度進(jìn)行測(cè)量。本篇文章通過(guò)對(duì)火焰溫度測(cè)量方法進(jìn)行分析討論，并對(duì)其選擇設(shè)備材料進(jìn)行分析，為之后企業(yè)提供了良好的理論依據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　作者：房愛兵崔玉峰邢雙喜靳景偉

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