火焰温度与设备材料的选择

　　摘要：燃烧过程中火线温度是最具代表性的热力参变量。除了针对内燃机燃烧过程进行的理论分析，还有因研究高效率底污染的新兴车发动机、减少汽车污染或者对电站燃煤锅炉煤粉燃烧的经济实用性、清洁性的研究过程中，火焰温度测试技术的分析探讨都为上述工作奠定了一定的基础。本文主要通过深入研究火焰温度的基础类型、特性以及设备材料，方便以后类似研究能更好的学习借鉴。

　　关键词：火焰分类;火焰温度;设备材料

　　1.火焰的分类及特性

　　按照不同的火焰辐射光谱，将火焰分为两种不同类型，主要包括发光火焰和透明火焰两类。其中透明火焰一般是以线状得方式表现出来的，辐射光谱在红外区段，在一定区域的红光波长上没有辐射能力，那么发光火焰辐射出的则是连续光谱，火焰燃烧中存在烟粒，在可见光谱内也有辐射能。因为不同火焰发光的原理以及发光的辐射能都存在一定差异，那么测量火焰温度的方法也因此会出现不同。通常根据燃烧火焰接触感温原件的程度，将火焰温度测量方法分为接触发测温和非接触法测温两种基础方法。

　　2火焰温度的测量方法

　　2.1接触法测温

　　一般使用最多的接触测温的方法是热电偶测温，这种测温方式简单，并且测量数据较为准确，如果材质不同的金属合金导体两头温度出现不同，那么两端肯定会造成电势差，导体两端的温度差距和电势差能组成简单的函数关系，当检测的对象热端和该导体热度趋于平衡阶段，而冷端的温度则是之前就设置固定的，那么被检测对象的火焰温度通过电势差就可以得出。当然使用热电偶测温火焰温度也会有一些缺点：如果被检测火焰温度较高，那么就很难找到能适应检测温度区域熔点较高的热电偶材料;不能在热电偶和稀薄的火焰气体中达到平衡状态，不能明确的分辨时间和空间概念;检测具有一定的局限性，检测的只是高温火焰气体容易出现停滞的温度。

　　2.2成象法

　　成像法从光的干涉原理角度来说，具体包括纹影法、激光散斑照相法、干涉仪法以及激光全息干涉法等。对于测量的火焰温度而言，使用上述任何一种光学方法都是先通过测量火焰折射率的分布进而测量出火焰温度的。测量过程主要是各种光参量变化是以流场中每个位置折射率的变化作为参考依据，然后将其记录到感光胶片上，再根据其特性或者定量进行研究分析。

　　纹影法具体是指将经过气流扰动区域后的光线利用纹影仪向不同位置的偏折光进行区分，然后将部分偏折光用纹影刀口遮挡住，让扰动区折射率的变化以明暗变化的纹影图像在底片上展示避出来。激光散斑照相法是根据光线经过气流扰动区时，部分区域法折射率形状会发生改变，导致与之前没有经过扰动区的光线比较，漫射体的投射光出现了位置变化，那么照相底片上则呈现的是散斑位置改变的图像。干涉依法是在气流扰动区和气流正常区同时经过两束同轴相干光，因为气流扰动区折射率不同，那么光程差也会发生改变，进而两束同轴相干光都会发生相应的变化，因此在照相底底片上展示的就是干涉条纹的变化。

　　2.3辐射法

　　①首先是发射—吸收光谱法。一开始较早使用的发射—吸收法是谱线反转法，该方法在实际实验中设备以及操作简单便捷，特别适合应用在火焰稳定、测量方向温度不会发生太大变化的试验中，具体操作过程是先将适量的微量钠盐投入到测量的火焰中，当钠燃烧时就会出现两天不同长度的黄色明亮谱线。如果被检测的火焰温度比光源的温度高或者低，背景光源的自然光线经过钠蒸汽并且被照射，那么钠线在背景光源的连续光谱也会随之发生变化。但是当火焰的温度和光源的亮度温度相同时，钠线在背景的连续光谱中就会显示。谱线反转法的缺点在于其背景光源亮度的一定的范围控制，只适合应用在1000K—2700K的温度测量范围内。

　　②高温计法。高温计法主要是根据普朗克定律、维恩定律和玻尔兹曼定律对火焰温度进行测量的。高温计计的温度数据因为收到光谱发射率的影响，只是通过不同的温度计，例如全服射温度计、单色高温计或者比色温度计，测量出物体辐射温度、亮度温度或者比色温度，而没有测量到火焰真正的温度。通常会使用发射率修正法、逼近黑体法、辅助源发和偏振光发法等方法对之前检测法温度进行发射率调整，确保测量出火焰的真实温度。而当下最多采用的方法是将火线温度信息通过多个光谱下的物体进行辐射，然后经过整理分析得到火焰的真实温度，该方法也就指的是多光谱测温法，是目前能测量到火焰真实温度以及光谱发射率数据最有效的方法。

　　3.设备材料的选择

　　3.1硅橡胶

　　硅橡胶在高温状态下能持续使用较长的时间，而氟硅橡胶则更耐高温，能在温度高达350℃时使用。硅橡胶基料的这类饱和集合物，主要是通过声子对热量进行传播的，是没有自由电子能及时传播热量的，还有就是它的导热系数非常低。

　　在硅橡胶中添加适量的阻燃剂，能有提高其阻燃作用，阻断火焰燃烧氧气供给。硅橡胶收到火焰灼烧时，试片吸收的热量回促进硅橡胶温度快速提升，达到一定温度后，试片就会产生物理化学反应，进而形成碳化层。碳化层的有点在于其结构疏松，隔热效果比较理想，但是结构极不稳定，当遇到较高温度时，碳化层就会脱落，就会失去隔热保护，所以可以通过选用合适的耐高温织物对碳化层进行保护。

　　3.2耐高温织物

　　其中玻璃纤维不会出现燃烧，传播的热量也很微小，化学结构稳定，不会受潮发霉，具有一定强度。

　　芳纶1313纤维是聚苯二甲酰间苯二胺，聚酰胺长链构成的大分子，分子结构稳定，不会因高温而大小发生变化，有较好的阻燃性，不会发生熔断，当温度热冲击超过1000℃时，该分子会快速碳化变厚，形成绝热织物。

　　3.3多层织物硅橡胶垫

　　高硅氧案玻璃纤维的缺点在于没有较好的韧性，不能和胶料进行紧密结合，因此只能在碳化层后方使用，利用其耐高温性保护碳化层稳定，不能应用在火焰首层，防止形成的绝热层因受到高速气流冲刷造成破坏。

　　那么防火面的首层选用芳纶1313就能有效促进燃烧过程中绝热层快速形成碳化层，这是因为芳纶1313具有较好的韧性。但由于使用的芳纶材质较多，缺乏实性，所以除了在防火面设置一层，还需要添加三层玻璃纤维。

　　经过现场实验之后，发现碳化层不仅充分发挥了其阻热作用，有效阻止热量传递，同时针对火焰或热气流的对流传递的热量，增加的织物阻热层产生多次的消耗热量的流动，这也证实多层织物合成的热防护性明显比单层的阻热作用好。

　　电力论文投稿刊物：《计量学报》(双月刊)创刊于1980年，由中国计量测试学会主办。本刊报道计量和精密测试科学技术的最新研究成果和进展。刊登具有创造性的学术论文、研究简报。内容包括：几何量、温度与热物性、力学、电磁学、光学、电子学、声学、时间频率、电离辐射、化学与标准物质、生物等学科的计量基准和标准的研制;测量原理和方法的研究;新技术的应用及计量学科的现状、发展趋势预测等。

　　4.结语

　　综上所述，火焰气体发光有较多原理以及复杂多样的发光光谱为测量火焰温度的方法奠定了良好基础。近年来我国社会科学和国防工业的不断进步，人们对于火焰温度的测量已经不仅仅局限于测量某一时刻的温度，而是想要不破坏、不接触测量对象，就能有效获得火焰任何时刻的三维温度分布情况，因此就需要有更先进的测量技术、更宽的测量范围以及较高的测量准确性对火焰温度进行测量。本篇文章通过对火焰温度测量方法进行分析讨论，并对其选择设备材料进行分析，为之后企业提供了良好的理论依据，进一步促进我国经济的快速稳定发展。

　　参考文献：

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　　作者：房爱兵崔玉峰邢双喜靳景伟

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