针对在高温燃烧环境中的颗粒辐射传热问题, 基于普朗克辐射定律, 提出了用于高温颗粒辐射传热参数在线测量的辐射光谱法, 根据高温颗粒可见波段辐射光谱随波长变化情况, 通过参数拟合方法直接获得颗粒温度及辐射强度等辐射传热参数。 为验证该方法测量准确性, 搭建了高温黑体炉辐射测量系统, 实验测量结果显示: 温度测量值与设定温度相对偏差小于3%; 辐射强度测量值与理论计算值相对偏差小于5%。 以此为基础, 设计了应用于高温燃烧环境下的颗粒辐射传热参数测量的水冷结构探针, 并利用该探针开展了高温燃烧环境气固两相流200～1 100 nm波段辐射光谱测量, 基于上述方法, 直接获得了高温颗粒温度、 辐射强度等辐射传热参数沿截面分布情况, 有效剥离了高温气体对流传热的影响, 为高温颗粒辐射传热研究提供数据支撑。

针对辐射光谱测温法测量误差问题,利用黑体炉搭建了标准辐射测温实验平台,选用200~1 100 nm波段光谱仪对标准高温源进行辐射光谱测量。讨论了高温源辐射光谱特征,并基于辐射光谱测温法获得了温度测量值,该值与标准参考值的相对偏差小于4%,同时分析了测量重复性引起的标准不确定度分量,为辐射测温法应用提供参考。

针对固体火箭发动机恶劣环境下的高温燃烧测量问题, 提出了利用辐射光谱法来开展固体火箭推进剂燃烧温度在线测量的方法, 采用200～1 100 nm光纤光谱仪测量了高压实验燃烧器下固体火箭推进剂燃烧火焰辐射光谱, 总结了其光谱特性, 并基于普朗克定律和光谱拟合方法获得了相应的推进剂燃烧温度, 这对固体火箭推进剂燃烧诊断与燃烧机理研究具有重要的参考价值。

针对光谱响应系数对辐射光谱测温法的影响问题, 利用200～1 100和900～1 700 nm两种波段光纤光谱仪测量了不同温度下黑体炉辐射光谱, 分析了不同波段高温黑体辐射光谱特征, 确定了不同波段光谱分析适宜采用的有效响应波段, 获得了不同温度下该波段光谱响应系数变化情况, 详细分析了温度对光谱响应系数的影响, 总结了辐射光谱法温度拟合时的波长范围以及响应系数选择原则, 并分析了波长范围以及响应系数选择对测温的影响, 这为提高辐射光谱测温法的测量精度具有重要价值。

针对煤粉燃烧辐射光谱问题, 利用光纤光谱仪对煤粉平面火焰炉实验装置煤粉燃烧火焰辐射光谱进行了测量, 详细分析了煤粉辐射光谱特征, 并基于普朗克辐射传热定律, 通过对光谱仪波长响应特性的标定, 得到火焰绝对辐射强度随波长的分布情况, 进而利用最小二乘法获得火焰温度与辐射率参数, 由此提出基于煤粉燃烧火焰辐射光谱测量的火焰参数测量方法。 利用该方法对不同燃烧条件下煤粉燃烧参数进行测量, 开展了不同燃烧参数下煤粉火焰辐射光谱实验研究, 研究结果表明: 煤粉燃烧火焰辐射在200～1 100 nm波段具有较强且连续的光谱特征, 基于普朗克辐射定律与最小二乘法可实现煤粉燃烧火焰温度与辐射率的测量; 煤粉燃烧火焰辐射光谱在590, 766, 769和779 nm附近可见明显的Na和K等碱金属痕量元素原子光谱发射谱线, 并且这些原子谱线的出现与火焰温度有关; 随着煤粉浓度的提高, 虽然燃烧温度变化不大, 但由于火焰辐射率的增加, 造成辐射光谱强度的大幅提升。 这对锅炉煤粉燃烧优化具有重要参考价值。