火焰溫度

當(dāng)燃燒釋放出的熱量全部用來加熱氣態(tài)產(chǎn)物時(shí)，產(chǎn)物的溫度就是絕熱火焰溫度。實(shí)際燃燒過程中的溫度要取決于釋熱和散熱兩個(gè)方面。絕熱火焰溫度雖然沒有考慮熱損失，但它是衡量可燃物特征的一個(gè)尺度，對(duì)火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘纫灿杏绊?。因此，絕熱火焰溫度在許多燃燒問題中常被看作是一個(gè)相當(dāng)重要的熱力學(xué)量。某些文獻(xiàn)給出的定義是：在一個(gè)孤立系統(tǒng)中的放熱反應(yīng)，如使混合物從一個(gè)規(guī)定的初始?jí)毫统跏紲囟冉?jīng)過定壓且絕熱的過程達(dá)到化學(xué)平衡，系統(tǒng)達(dá)到的最終溫度稱為絕熱火焰溫度T。由于沒考慮熱損失，又稱“理論火焰溫度”；由于與有熱損失的各種情況比較，這時(shí)達(dá)到的溫度將是最高的，故又稱“最高燃燒溫度”。不過這一定義并未考慮空氣和燃料的比例和惰性添加劑的影響，所以并不代表在最佳空燃比下所能達(dá)到的最高溫度。

如果燃燒前的反應(yīng)物和燃燒后的最終產(chǎn)物的成分都是已知的，則絕熱火焰溫度可根據(jù)能量守恒原理求出。

由于火焰溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率所起到的作用，火焰溫度可能是燃燒最重要的一個(gè)性質(zhì)?；鹧鏈囟燃瓤梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)測(cè)量出來，又可以通過計(jì)算得到。為了方便起見，引入了絕熱火焰溫度的概念。絕熱火焰溫度指的是，在一定的初始溫度和壓力下，給定的燃料（包含燃料和氧化劑），在等壓絕熱條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，燃燒系統(tǒng)（屬于封閉系統(tǒng)）所達(dá)到的終態(tài)溫度。在實(shí)際中，火焰的熱量有一部分以熱輻射和熱對(duì)流的方式損失掉了，所以絕熱火焰溫度基本上不可能達(dá)到。然而，絕熱火焰溫度在燃燒效率和熱量傳遞的計(jì)算中起到很重要的作用。對(duì)于高溫火焰（高于1800K），燃燒產(chǎn)物發(fā)生了分解反應(yīng)，不但體積增大，還吸收了大量的熱量。在低溫時(shí)，化學(xué)當(dāng)量比混合物或者貧燃料混合物燃燒后的產(chǎn)生應(yīng)該只有CO₂和H₂O，然而這些產(chǎn)物很不穩(wěn)定，只要溫度稍高一點(diǎn)，就可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)槌珊?jiǎn)單的分子、原子和離子形式。相應(yīng)地在轉(zhuǎn)變過程中，能量被吸收，最大火焰溫度也相應(yīng)地被減小了。

火焰顏色為什么不一樣？

火焰的實(shí)質(zhì)是高溫的氣態(tài)或等離子態(tài)的物質(zhì)。有兩種因素決定火焰的顏色：

一是火焰的溫度決定火焰的顏色，火焰是一種反應(yīng)。低溫的時(shí)候是紅外線，隨著溫度的上升，火焰從紅色橙色（3000度）到黃色白色（4000度）到青色藍(lán)色（5000~6000度）到紫色（7000以上）到最后看不見的紫外線（幾萬度），顏色在不斷改變。從高能物理來說，紅外線，有色光譜段的火焰都是低能量的火焰，溫度繼續(xù)高下去，火焰的顏色從紫外線到x線到伽馬線等等，這些都是無法形容的“顏色”。

二是氣態(tài)和等離子態(tài)物質(zhì)的元素構(gòu)成決定火焰的固有光譜，元素表的每種元素高溫下都會(huì)發(fā)出自己特定的光色，常見的比如鈉會(huì)出現(xiàn)黃色，鉀是紫色，銅是綠色，化合物的光色是一種雜色，因?yàn)橛性S多種類的元素在發(fā)光。這也就是各種火焰的顏色不一樣的緣故。（詳見焰色反應(yīng)）

火焰溫度是火焰的主要特性之一。它對(duì)火焰中化合物的形成和解離，從而對(duì)待測(cè)元素的原子化有著重大的影響。

在火焰中，一方面由于燃燒反應(yīng)要產(chǎn)生熱量，另一方面由于火焰中化合物的解離，以及為了將火焰中存在的平衡混合物提高到火焰溫度需要消耗熱量，火焰的溫度就是由火焰中這二者之間的熱量平衡來決定的。當(dāng)火焰處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，溫度就可用來表征火焰的真實(shí)能量。

火焰溫度，可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。測(cè)量火焰溫度的方法總的可分為兩大類，即測(cè)溫測(cè)量法和光學(xué)測(cè)量法。測(cè)溫測(cè)量法是要引入一個(gè)測(cè)溫體，比如引入一根金屬絲或熱電偶到火焰內(nèi)欲測(cè)量的區(qū)域，當(dāng)測(cè)溫體和火焰熱氣體的溫度達(dá)到平衡之后，由測(cè)溫體金屬絲的電阻變化或熱電偶接點(diǎn)上產(chǎn)生的熱電壓來測(cè)量溫度。由于熱導(dǎo)和輻射損失，用這種方法測(cè)得的溫度較實(shí)際火焰溫度偏低，而且這種方法只適用于熱平衡的場(chǎng)合。由于受到測(cè)溫體熔點(diǎn)的限制，用這種方法所能測(cè)量的最高溫度也就是在3000℃左右。

光學(xué)測(cè)量法中，最常用的是鈉線自蝕法。該法是先將鈉鹽引入火焰，用看譜鏡對(duì)著發(fā)亮的背景連續(xù)光源進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)連續(xù)光源比火焰溫度高，則鈉D線以吸收黑線出現(xiàn)在背景上，反之，當(dāng)連續(xù)光源比火焰溫度低時(shí)，則鈉D線以亮線出現(xiàn)在背景上，當(dāng)連續(xù)光源和火焰溫度相同時(shí)，達(dá)到自蝕點(diǎn)。自蝕點(diǎn)的溫度可用記錄連續(xù)光源標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈的燈電流的方法來確定。標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈光源用光學(xué)高溫計(jì)校準(zhǔn)。用標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈作連續(xù)光源能可靠地測(cè)量高達(dá)2600°K的火焰溫度。要測(cè)量更高的火焰溫度，在尋求合適的光源方面遇到了困難。鈉線自蝕法測(cè)量的是有效的電子激發(fā)溫度。這種方法不能用于高度發(fā)亮的火焰，因?yàn)檫@種火焰的發(fā)射系數(shù)和鈉D線的發(fā)射系數(shù)相近，由于缺乏譜線和連續(xù)背景的明晰對(duì)比，檢測(cè)靈敏度不佳。

亦可用測(cè)定譜線的相對(duì)發(fā)射強(qiáng)度的方法來測(cè)量火焰溫度。選擇具有已知不同激發(fā)電位E₁和E₂以及躍遷幾率A₁和A₂的同一元素的兩條譜線，它們的強(qiáng)度，按照玻爾茲曼分布定律，分別為

也可用測(cè)定相對(duì)原子吸收強(qiáng)度的方法來測(cè)量火焰溫度。

烴完全燃燒火焰溫度的高低與燃燒熱的大小有關(guān),但也不是完全有關(guān)的．如，乙烯的燃燒熱比乙炔的高．但是氧炔焰的溫度比乙烯的高。

乙烯和乙炔燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：

燃燒熱是乙烯>乙炔，但火焰溫度是乙炔燃燒時(shí)高。乙炔在空氣或氧氣中燃燒，其火焰溫度可高達(dá)3200℃以上。乙炔的燃燒熱雖然比乙烷、乙烯等略低，但在完全燃燒時(shí)的耗氧量卻最少，產(chǎn)生物中的水含量相對(duì)較低，水蒸發(fā)所需熱量損耗較少，因此乙炔燃燒時(shí)能夠得到更高的溫度。

因火焰強(qiáng)度增加（即在較小的體積內(nèi)釋放出相同的總熱量），以及氮?dú)夂繙p少的結(jié)果，使火焰溫度提高，從而增強(qiáng)了火焰靠輻射和對(duì)流向周圍的熱傳導(dǎo)。據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，燃燒重油時(shí)，如把空氣中氧的濃度從21%增濃到22%，其理論燃燒溫度可提高80℃。 2100433B

主要包括圖像采集模塊、圖像數(shù)據(jù)處理模塊和LCD 顯示模塊。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程是：CCD 攝像機(jī)對(duì)爐膛火焰進(jìn)行多點(diǎn)拍攝， 圖像經(jīng)過視頻分割器合成一路模擬信號(hào)后， 由圖像采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換， 得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后，將得出的溫度信息顯示在LCD顯示屏上，PC 端監(jiān)控系統(tǒng)用于空間坐標(biāo)定位。實(shí)現(xiàn)火焰溫度的多點(diǎn)檢測(cè)，提高測(cè)量精度。

在采集圖像的同時(shí)，用熱電偶測(cè)量爐膛內(nèi)火焰的溫度，得出多組數(shù)據(jù)的平均值和CCD比色測(cè)溫法得出的測(cè)量結(jié)果對(duì)比， 即可驗(yàn)證此方法測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。光信號(hào)經(jīng)過衰減片和濾光片后，即可以得到更加清晰的圖片 。

通過CCD 攝像機(jī)連續(xù)拍攝蠟燭的火焰燃燒圖像， 火焰的溫度場(chǎng)經(jīng)過圖像采集卡處理后變?yōu)閳D像的數(shù)字信息，然后利用測(cè)溫軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后在LCD 上顯示出溫度值。

以蠟燭火焰為測(cè)量對(duì)象， 采用WZPK-136/WZPK2-136 型號(hào)的熱電偶溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。并利用其定位測(cè)溫點(diǎn)坐標(biāo)。

測(cè)量坐標(biāo)分別定位為（260，240），（280，260），（300，320），（340，320），（350，300），（360，380）。6 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)坐標(biāo)分別用1，2，3，4，5，6 表示， 分別將熱電偶和CCD 測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)得的溫度值作為縱坐標(biāo)值，可以看出，設(shè)計(jì)的便攜式非接觸式測(cè)溫方法有著很高的測(cè)量精度，其最大的測(cè)量誤差為10 ℃。