声学法温度场图像重建的研究

论文摘要

燃烧温度测试技术是燃烧理论和技术发展的重要基础之一,炉内火焰的温度场对于锅炉控制和燃烧诊断具有极为重要的意义。声学测温法作为一种新型的测温方法,具有快速、精确、测量范围宽等特点,在工业生产、科学研究中能够满足温度场测量和在线控制的需要,对于优化燃烧、降低污染、设备安全运行、以至炉膛设计都具有重要的指导意义。本文介绍了声学温度场检测技术的基本理论、国内外发展现状。基于声波在传感器间传播时间的测量,本文对燃煤锅炉炉膛内的温度场进行了重建仿真研究。在炉膛纵向上选择二个典型平面,对这二个平面所包围的空间的温度场进行重建。设每一个平面上均匀安放八个收／发二合一的声音传感器,每一支传感器所发出的声音,可被同一平面上的其它所有传感器接收到。根据测得的声波在不同传感器间传播的时间,利用最小二乘法,获得二个平面上的二维温度场的重建,然后再对二个平面之间的温度场通过线性立方插值实现对单峰对称温度场、单峰偏斜温度场和双峰温度场的重建。针对典型的炉内温度场呈对称分布情况,利用先假定单路径函数,再划分网格,用插值方法求网格点温度值的算法,但是该算法有一定的局限性,仅对单峰对称温度场有较好的重建效果。对由于温度梯度场中声波路径的弯曲效应引起声音传播测量时间的变化导致温度场的重建精度的影响以及传感器数目、传感器位置、被测区域划分等因素也进行了研究,误差分析表明考虑这些因素能提高重建温度场的精度。这与理论结果是一致的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 常见锅炉温度测量技术综述
• 1.2.1 接触式测温法
• 1.2.2 非接触式测温法
• 1.3 国内外声学法温度场测量研究现状和发展
• 1.3.1 国内
• 1.3.2 国外
• 1.4 本文工作主要内容
• 第二章 声学法测量温度场原理
• 2.1 声学测温基本理论
• 2.2 声学测温的典型装置介绍
• 2.3 波动方程
• 2.3.1 运动方程
• 2.3.2 连续性方程
• 2.3.3 动态方程
• 2.3.4 线性声波的运动方程
• 2.4 声速C与温度T之间的关系
• 2.5 声学法测量温度场的工作原理及系统组成
• 2.5.1 声学法测量温度场的工作原理
• 2.5.2 系统组成
• 2.5.3 典型产品介绍
• 2.6 本章小结
• 第三章 声学法温度场重建算法
• 3.1 声学法温度场重建算法概述
• 3.2 最小二乘算法重建温度场
• 3.2.1 理论基础
• 3.2.2 插值算法
• 3.2.3 重建步骤
• 3.3 基于单路径函数和插值算法的网格点法重建温度场
• 3.3.1 双线性模型法
• 3.3.2 抛物线模型法
• 3.4 本章小结
• 第四章 声学法温度场仿真
• 4.1 温度场仿真概述
• 4.2 仿真软件介绍
• 4.3 最小二乘法三维温度场仿真
• 4.3.1 仿真步骤
• 4.3.2 仿真数学模型
• 4.3.3 重建结果与分析
• 4.4 基于单路径函数法温度场的仿真
• 4.4.1 仿真步骤及数学模型
• 4.4.2 重建结果与分析
• 4.5 仿真结论
• 第五章 影响温度场重建结果的因素
• 5.1 弯曲效应对温度场重建的影响
• 5.1.1 弯曲效应的概念及其理论依据
• 5.1.2 基于Fermat原理解决弯曲效应
• 5.1.3 考虑"弯曲效应"温度场重建的具体实现
• 5.1.4 仿真结果与分析
• 5.2 传感器个数对温度场重建结果的影响
• 5.3 传感器位置分布对温度场重建结果的影响
• 5.4 被测区域划分方法对温度场重建结果的影响
• 5.5 壁温对温度场重建结果的影响
• 5.6 测量声波传播时间对温度场重建的影响
• 5.7 不确定气体成分对温度场重建结果的影响
• 5.8 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢