Mikron M390超高溫黑體爐在熱反應(yīng)火焰溫度測量中的應(yīng)用 —— 基于氧化劑形態(tài)對燃燒性能影響的實(shí)驗(yàn)研究

在高溫?zé)岱磻?yīng)體系中，火焰溫度是評估燃燒效率與反應(yīng)性能的關(guān)鍵參數(shù)。為了獲得高精度的溫度數(shù)據(jù)，研究人員在實(shí)驗(yàn)中引入了Mikron M390超高溫黑體爐，作為顏色輻射測溫技術(shù)中的溫度標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)源。該設(shè)備的應(yīng)用成為論文《連接熱反應(yīng)中的聚集與燃燒速率：氧化劑形態(tài)的作用》（Combustion and Flame, 2021）中成功獲取火焰溫度數(shù)據(jù)的核心技術(shù)手段。簡要來說，通過提取三通道強(qiáng)度（紅、綠、藍(lán)）比值，結(jié)合黑體源（Mikron M390）進(jìn)行校準(zhǔn)，從而獲得反應(yīng)火焰的溫度。原始視頻通過自建的MATLAB程序處理，并使用MATLAB內(nèi)置算法進(jìn)行貝葉斯濾鏡的解碼，最終輸出和報(bào)告相應(yīng)的火焰溫度圖。

該研究聚焦于鋁/氧化銅（Al/CuO）熱反應(yīng)體系，探討了不同形態(tài)的氧化劑（CuO微粒、微線和納米粒子）對燃燒速率、溫度及鋁顆粒聚集行為的影響。在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員采用高速攝像系統(tǒng)記錄燃燒過程，并結(jié)合顏色輻射測溫技術(shù)進(jìn)行溫度分析。通過提取圖像中紅、綠、藍(lán)三通道的光強(qiáng)比值，并以Mikron M390超高溫黑體爐為溫度基準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了μm級空間和μs級時(shí)間分辨率下的火焰溫度測量。

Mikron M390超高溫黑體爐提供了穩(wěn)定可控的輻射源，其輸出與黑體輻射特性高度吻合，是進(jìn)行高溫?zé)彷椛湫?zhǔn)的理想設(shè)備。結(jié)合自編寫的MATLAB圖像處理程序，研究團(tuán)隊(duì)將每一幀圖像中像素點(diǎn)的顏色信息轉(zhuǎn)化為實(shí)際溫度，并生成火焰溫度分布圖，最終實(shí)現(xiàn)不同氧化劑形態(tài)下熱反應(yīng)溫度對比分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用CuO微線代替CuO微粒后，熱反應(yīng)的火焰溫度從2550 K顯著提高至3200 K，燃燒速率提升約27倍。此類對比數(shù)據(jù)的精確性依賴于Mikron M390超高溫黑體爐的穩(wěn)定溫度標(biāo)定，使研究團(tuán)隊(duì)能夠準(zhǔn)確量化熱反應(yīng)性能的提升，并進(jìn)一步提出“口袋模型"（Pocket Model）解釋氧化劑形態(tài)如何影響鋁聚集尺寸與燃燒行為。

綜上所述，Mikron M390超高溫黑體爐在本研究中作為溫度測量與校準(zhǔn)的核心設(shè)備，不僅保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性，也為深入理解高能材料燃燒機(jī)制提供了重要支撐。其在熱反應(yīng)研究中的應(yīng)用，體現(xiàn)了精密熱輻射測量設(shè)備在前沿材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵價(jià)值。