基于空气折射率梯度测量的原理,采用投影式背景纹影技术,设计了非接触式火焰温度场测量仪。测量仪以半导体激光器作为光源,采用CCD快速成像,结合粒子图像速度场仪技术,获取了图像上粒子的偏移量以量化偏折角。采用Radon变化求得折射率梯度,利用空气折射率对温度的非线性曲线拟合方程直接得出流场各区域的温度场,采用反投影重建技术对火焰的不均匀温度流场进行了三维重构,实现了火焰温度场的可视化测量。

对火焰温度的测量是燃烧过程控制中最重要的活动之一。以分子光谱理论为基础，计算得到了OH自由基[A2∑+X2∏]电子带系在任意转动温度和振动温度下以及仪器展宽为0.07 nm条件下的谱线强度分布；采用光栅光谱仪，测量了在酒精灯燃烧火焰一定高度处的OH自由基的发射光谱。通过理论光谱和实验数据的对比分析，得到了酒精灯火焰的燃烧温度为略高于2 600 K，最后对实验误差进行了分析。

转炉炼钢的终点控制包括钢水出钢时温度及其成分的控制, 炉口火焰能够反映炉内脱碳速率及转炉运行参数等。 工业炉燃烧火焰可见光谱段, 普遍存在着钾(K)和钠(Na)等碱金属元素的原子发射谱线, 利用K的特征谱线相对比值可以计算火焰温度。 基于辐射双色法, 三色法和谱线相对强度法对转炉口火焰温度进行了测量; 数据处理过程中对特征谱线进行了基线拟合提取, 小波脊线拟合提取; 特征谱线进行了Gauss函数和Lorenz函数拟合。 结果表明, 辐射测温法对谱线比较敏感, 选择合理的波段能够有效, 精确地测量火焰温度; 采用谱线相对强度法受制于特征谱线的数学模型、 谱线的跃迁机率、 能级的简并度及火焰的光学厚度, 需要分辨率非常高的光谱仪才能进行高温转炉火焰中电子温度的测量。

转炉炼钢的铁水终点温度是衡量铁水是否符合出钢要求的一个重要指标, 目前仍主要依靠人工经验进行控制, 其预测精度难以保证。 为了能够有效的预测终点铁水的温度, 并能满足不同的转炉炉口尺寸的要求, 提出了一种基于炉口火焰温度测量的转炉终点铁水温度预测的新方法。 利用可以采集可见光和近红外波段的微型光谱仪作为关键器件构建了炉口火焰辐射信息的采集系统, 实现对转炉炼钢现场的炉口火焰辐射信息进行实时、 有效的采集。 同时综合考虑了炉口火焰的实际温度范围和现场的测量距离, 通过改进的系统标定方法, 对所构建的辐射信息采集系统进行标定, 并利用双波长法获得了炉口火焰的辐射温度。 鉴于炉口的火焰温度与炉内的铁水温度之间存在着一定的联系, 还利用所测得的火焰温度以及与铁水温度相关的转炉吹炼过程参数, 建立了基于支持向量机的炉内铁水温度的回归预测模型。 对68炉现场采集到的转炉吹炼数据进行验证实验后表明该方法的预测精度要优于人工经验, 且接近采用副枪的铁水温度测量方式, 可为中小型转炉的终点温度预测提供一种有效可行的方案。

用彩色数码相机拍照结合图像处理的诊断方法研究了铝、硼纳米颗粒的燃烧特性和机理, 得到了铝、硼纳米颗粒火焰的形貌特征、温度分布及着火时间等。燃烧实验中使用多元扩散平焰燃烧器(Hencken 燃烧器)提供可控的高温环境, 利用固体颗粒乙醇溶解-超声分散-雾化-干燥的给粉方式产生高分散的纳米气溶胶, 并在不同工况下对纳米颗粒火焰进行拍照。从所得彩色图片中提取红、绿、蓝三色通道信号, 结合普朗克辐射定律获得颗粒的辐射强度信息及温度信息。结果表明: 不同环境温度会导致不同的颗粒变温历程。高温环境下铝、硼颗粒经着火后颗粒温度逐渐下降, 而低温下由于氧化层多晶相变的影响铝颗粒温度先缓慢升高而后缓慢下降, 硼颗粒温度则几乎维持恒定。硼颗粒着火过程可分为着火延时和着火两个阶段, 通过火焰图像定义了相应的时间, 测得的硼颗粒着火延迟时间为1.17~2.98 ms, 着火时间为0.31~0.85 ms。

采用多波长分析方法测量氧气顶回转炉口火焰温度的研究。 在该方法中, 采用USB4000型光纤光谱仪测量火焰在可见光波长范围内的火焰辐射光谱, 结合Levenberg-Marquardt最优化算法, 得到火焰温度和单色辐射率变化规律。 本文还提出了采用小波神经网络处理多光谱测温数据, 该方法可以取消发射率与波长之间的假设模型, 是一种获得目标真温及发射率行之有效的方法。 网络中隐含层的神经元是由S函数和Morlet小波函数的乘积组合构成, 在逼近火焰温度中具有良好的表现。

氧气顶回转炉(BOF)口火焰温度的分布是对炉内钢水温度和成分含量判定的一项重要依据。通过对炉口350~1100 nm光谱数据的分析，炉口火焰光谱为“带状”辐射重叠在连续的或“黑体”辐射上，在可见光波段有明显的辐射能力。以在南京钢铁公司炼钢炉前在线采集的400炉光谱数据为研究对象，应用小波分析和神经网络的两大类模型交叉结合的方式对炉口火焰温度进行建模预测，并对预测结果做出分析。结果表明，紧致型小波神经网络在预测中取得更佳的效果，基于多光谱测温理论的小波神经网络预测的结果与副枪测量的温度误差能够在理想的范围内。

炉口火焰是在转炉炼钢过程中最重要的对炉内钢水温度和成分含量判定的一个重要依据。将炉口火焰光谱分为两部分频谱：背景光谱和原子发射光谱特征。假设背景光谱光强度补偿了特征原子的受激而产生的自吸或者自蚀光强度损失，基于火焰发射光谱(FES)原理和转炉炼钢过程中的火焰光谱，推导出特征原子光谱和强度与火焰温度之间的关系。结果表明，火焰发射光谱测温法所测得的温度与实际温度的误差能够在理想的范围内。

为了准确测量火工药剂的燃烧温度，分析了火工药剂的燃烧辐射特性，利用瞬态光谱测量技术测 定了几种典型火工药剂燃烧火焰的辐射光谱曲线。在分析典型火工药剂的燃烧辐射光谱曲线的基础上，根据多光谱辐 射测温技术的工作原理设计和研制了一种具有12个测试通道的多光谱辐射测温系统。采用黑体炉对该系统的稳定性和准 确性进行了验证。最后以某火工药剂为例，综合利用瞬态光谱测量技术与多光谱辐射测温技术对其燃烧温度进行了测定。 这两种技术的巧妙结合为火工药剂输出性能的研究及其新型配方的研制奠定了基础。

利用瞬态光谱辐射仪分析了火工烟火药剂燃烧火焰辐射光谱分布, 介绍了多光谱辐射测温技术的工作原理。 结合火工烟火药剂燃烧火焰特征光谱分布状况设计研制了具有12个工作通道的多光谱辐射测温系统, 测试者可根据被测火焰光谱辐射分布状况选择合适的工作通道进行分析计算。 该系统由光学部分, 电路部分, 数据采集部分及数据处理部分组成。 文章以黑火药为例, 应用该系统对其燃烧火焰的辐射能量进行了测定, 经过迭代计算后给出黑火药燃烧温度随时间的变化曲线。 实验证明, 在分析被测火焰特征光谱分布的前提下, 选择合适的光谱工作通道, 多光谱辐射测温系统能够很好地应用于火工烟火药剂燃烧温度的测定, 为火工烟火药剂燃烧输出特性的研究奠定了基础。