近日，力学所在基于发射光谱的极高温（≥2500K）火焰温度测量技术研究中取得新进展。发动机地面实验中，流场温度监测对于发动机性能评估和寿命预测具有重要意义。本工作利用水蒸气高温热致辐射产生的振转光谱与温度的关联性，在考虑自吸收效应致使的实验光谱与真实光谱产生偏差的基础上，利用高温水蒸气在近红外的强辐射及其振转温度与体系经典热力学温度接近的特点实现了甲烷氧气层流火焰温度测量。该工作由高温气流诊断课题组周功喜同学完成，已发表于测量领域优质SCI期刊 and 。
水蒸气高温热致辐射在近红外以及中红外有着较强的辐射，不同振转带系的辐射强度随着温的变化特性各异。该研究中理论光谱计算依托于高温分子光谱参数数据库，首先从理论上验证了水蒸气光谱在1500k至4000k温度氛围内的温度敏感性，如图1所示，不同振转带系的辐射强度随着温度变化有着较大差异，有希望将温度测量范围扩展至热电偶等接触式测量难以企及的2500k以上。
图1 水蒸气高温发射光谱在不同温度下的理论计算光谱。
如图2所示，为了摆脱传统发射光谱测量技术使用的谱线拟合方法对于光谱仪分辨率的高要求，该研究使用宽波段光谱强度积分比值的方式将结果标定的实验光谱与考虑自吸收效应的理论光谱进行匹配，提高了测温精度的同时还避免了浓度对于测量的影响。
图2 基于水蒸气高温发射光谱的温度测量方法
在研究中利用3D打印与激光打孔技术自制了小型平面燃烧器，其结构及典型火焰见图3。测量了当量比为1.0、0.8、0.7的三种工况下的甲烷纯氧火焰温度在水平位置上的分布情况，见图4。
图3 3D打印平面炉及甲烷-氧气层流火焰
图4 甲烷火焰发射光谱以及不位置的温度测量结果(a)当量比1.0(b)当量比0.8(c)当量比0.7
文章发表信息： Zhou,Fei Li, Xin Lin, et al. on flame water vapor , and , 34 (2023). DOI:10.1088/1361-6501/.
感谢广东省重点领域研发计划（项目编号：）和国家自然科学基金（项目编号：、和）的资助。
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