早期的粒子辐射研究与气象学有密切的关系,1871年,英国人Lord Rayleigh提出了针对小粒径电解质求的Rayleigh散射理论,分析了大气分子对太阳的散射,成功解释了天空为什么是蓝色的。1908年,德国人Gustav Mie通过解Maxwell方程,得到各向同性均匀球的散射解,后称未Mie散射理论,是粒子辐射理论达到一个新阶段[6]。9738
1999年,周洁[7]利用光纤光谱仪采集燃烧气体火焰的辐射光谱,采用光谱分析的方法计算出火焰温度,测量结果的稳定性大大提高,并且还找到了火焰单色辐射黑度的变化规律,相比之下优越于传统的双色法。他们所利用的试验系统如下图1.1所示。
图1.1 火焰温度测量试验系统
2003年2月,Nevin Selc-uk等人[8]在Transient simulation of radiating flows一文中,通过耦合两种独立的代码(一个建立在CFD代码基础上的DNS代码和一个建立在DOM基础上的MOL的解决方案的辐射代码)实现了Navier-Stokes方程与辐射转移方程的结合,揭示了耦合策略的准确性和可靠性。
同年10月戴景民和金钊[9]指出火焰气体发光的多原理性和发光光谱的多样性使火焰温度的测量方法是多种多样的(如图1.2所示),综述了火焰的分类及其温度测量方法,介绍了热电偶法、 成象法、 激光光谱法、 辐射法和声波法的测量原理,并分析比较了它们的适用性和各自特点。
图1.2 火焰温度的测量方法
2005年初,帅永等人[3]在红外与毫米波学报中发表“高温含粒子自由流红外辐射特性的反向蒙特卡罗法模拟”,利用反向蒙特卡罗法模拟计算高温含粒子自由流的红外辐射特性,考察了自由流中粒子散射和边界条件对定向辐射热流的影响,并与正向蒙特卡罗法进行比较,得到结论:①在同种计算条件下,对于定方向和定位置的红外信号计算, BMC的计算效率远远高于 MCM 的计算效率;② 随着粒子散射的加入和边界条件的透明化,文中的高温含粒子自由流模型的定向红外辐射热流都有不同程度的减少;并且验证了门特卡罗法计算高温含粒子自由流红外辐射特性的可行性。
同样是在2005年,Burt J.M.等人[10]发表A Monte Carlo Radiation Model for Simulating Rarefied Multiphase Plume Flows,文中利用多相羽流的蒙特卡洛辐射模型,在高海拔出进行Al2O3粒子辐射特性的测定,研究其辐射特性,但是由于缺乏比较,此辐射模型的整体精确度难以考察。
2006年,侯金[2]在其硕士学位论文中对高温粒子复折射率的计算进行了研究,进行了测反射率,测方向散射率,测光谱透射率等求复折射率的试验。在用高温粒子实验平台(如图1.3)对高温粒子的辐射特性进行测量的基础上,通过对测量原理,实验平台结构,测得的粒子辐射特性的数据进行研究分析,改进了高温粒子实验平台,获得了更为可靠的高温粒子光谱特性数据。
图1.3 高温粒子实验平台示意图
2007年,娄春、周怀春等人[12]在一台200MW机组煤粉炉上开展了炉内颖粒介质辐射特性的检测与分析,实验装置如图1.4所示,采用火焰图像处理技术及辐射传递逆求解方法检测了炉内三个横截面的颗粒介质的吸收系数和散射系数,同时采用水冷枪抽气取样装置对炉内燃烧介质中的颗粒物进行了采样。计算结果表明:炉膛中燃烧器区域的颗粒辐射特性相对较大,炉膛出口处的颗粒辐射特性最小,这与炉内颗粒介质的含碳量、粒径、以及颗粒的表面形状有关。对炉内采样颗粒的分析表明:炉内颗粒介质的辐射特性与颗粒含碳量成正比>颗粒表面较为光滑的飞灰,其辐射特性相对较小,而表面凹凸不平的焦炭颗粒,其辐射特性相对较大。上述研究结果从定性上证明了基于图像处理和辐射逆问题分析的检测方法适合于燃煤锅炉中燃烧介质辐射特性参数的检测。
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