火焰温度是反映燃烧反应过程的一个重要状态参数,它对于了解燃烧过程中所产生的热量,以及研究发生在一定空间的热量传递都是至关重要的。增压锅炉火焰及炉膛温度的实时监测以及锅炉性能的评价等都涉及到热辐射问题,同时燃料的燃烧又必须考虑到炉膛四周壁面材料的耐温性能,因此,对炉膛内的传热过程、温度场及辐射特性的认知是锅炉设计的基础,也是优化燃烧参数,提高燃烧效率的关键。这些问题的研究也离不开对炉膛火焰温度的测量,而对空间火焰温度场的测试的最有效的方法就是利用多光谱分析。在实际燃烧过程中,由于火焰的光谱发射率是未知的,所以火焰的真实温度不清楚。本文主要采用多光谱分析方法对碳氢燃料发光火焰的辐射光谱进行了研究,分析得出碳氢火焰的光谱发射率随波长及温度的变化规律,进而计算得到火焰的温度。论文主要对以下几方面工作进行了研究:(1)多光谱辐射测温反演算法研究要想求得物体的真实温度,必须知道被测物体的光谱发射率。因此,被测目标的发射率的确定是多光谱辐射测温的关键所在。本文在基于参考温度的二次测量法数学模型的基础上,提出了无需假设光谱发射率模型的迭代递推算法,并对多种发射率假设模型进行了仿真计算,为提高真温和发射率的测量精度提供了坚实的基础。(2)基于Mie散射的温度补偿算法研究由于燃烧后产生的颗粒物如CO2、水蒸气以及烟尘等颗粒的光散射会对辐射光谱产生影响,进而影响测温结果,因此需要对测量结果进行修正。本文在分析了颗粒物Mie散射特性的基础上,提出了对多光谱辐射测温结果进行补偿的计算模型,并对不同模型进行了仿真计算。(3)火焰温度场重建算法研究由于火焰温度场重建方法受现场条件限制,只能获得部分辐射面的光谱数据,针对少投影数据情况下如何提高重建精度及效率,是本课题要着重解决的一个关键问题。本文将SIRT、TVM和DART三种方法融合,取各自算法的优点,形成新的迭代重建算法,为火焰温度场的快速、准确重建奠定理论基础。(4)多光谱测温系统的标定及实验测试在实际测试过程中,多光谱测温系统的准确标定是提高整个系统测量精度的关键。为了避免繁琐的现场定标,本文将对多光谱测温系统的波长函数PWF进行测试,得到归一化的波长函数PWF,以实现多光谱测温系统的一次性标定。最后用此系统测量了光纤拉锥机火焰轴线不同高度的辐射光谱及不同高度层面的2个正交投影方向(正面和侧面)上的辐射光谱,计算得到火焰轴线不同高度的温度和不同高度层面的温度场分布。随后对一 1.5 t/h增压锅炉在不同工况下进行了测试,计算得到了观测孔中心的火焰温度。实验的结果与理论相符合,为多光谱辐射测温系统的实际应用打下了坚实的基础。