基于声音传感器的温度场重建算法的研究

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、以及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及常见测量方法。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重建进行了仿真研究。在炉膛纵向上选择两个典型平面,对这两个平面所包围的三维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,可被不在同一侧墙壁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,实现对单峰对称温度场、单峰偏斜温度场和双峰温度场的三维温度场重建。针对典型的炉内温度场呈对称分布情况,首先确定单路径函数,再划分网格,用插值方法求网格点温度值的算法重建了二维温度场。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。最后总结了影响温度场重建精度的诸多因素并提出改进方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 常见锅炉温度测量方法综述
• 1.2.1 接触式测温法
• 1.2.2 非接触式测温法
• 1.3 基于声学测量温度场的介绍
• 1.4 国内外声学法温度场测量研究现状
• 1.5 本文的主要研究任务
• 第2章 声学法三维温度场重建
• 2.1 声学法重建三维温度场原理及系统组成
• 2.1.1 声学法重建温度场的系统组成
• 2.1.2 声学法重建温度场的工作原理
• 2.2 声学法测温的基本原理
• 2.3 最小二乘重建算法的理论基础
• 2.4 基于最小二乘法重建重建温度场的具体步骤
• 2.5 本章小结
• 第3章 温度场可视化监测系统
• 3.1 温度场可视化监测系统概述
• 3.2 温度场可视化监测系统硬件部分
• 3.3 温度场可视化监测系统软件部分
• 3.3.1 监测界面主要功能模块
• 3.3.2 监测界面效果显示
• 3.4 本章小结
• 第4章 声学法三维温度场仿真
• 4.1 计算机仿真概述
• 4.2 三维温度场重建的仿真概述
• 4.3 三维温度场重建的系统仿真
• 4.4 三维温度场的数学模型
• 4.5 三维温度场的重建结果与分析
• 4.5.1 单峰对称温度场
• 4.5.2 单峰偏斜温度场
• 4.5.3 双峰温度场
• 4.6 仿真结论
• 4.7 本章小结
• 第5章 单路径函数法重建温度场
• 5.1 双线性模型法
• 5.2 插值与拟合
• 5.2.1 平方反比法
• 5.2.2 Bezier曲面拟合
• 5.2.3 多层次B样条曲面拟合算法
• 5.2.4 遗传算法拟合曲面
• 5.3 重建结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 影响温度场重建结果的因素
• 6.1 "弯曲效应"对温度场重建的影响
• 6.1.1 弯曲效应的概念及其理论依据
• 6.1.2 基于Fermat原理解决弯曲效应
• 6.1.3 仿真结果与分析
• 6.2 传感器个数对温度场重建结果的影响
• 6.3 传感器位置分布对温度场重建结果的影响
• 6.4 被测区域划分方法对温度场重建结果的影响
• 6.5 壁温对温度场重建结果的影响
• 6.6 测量声波传播时间对温度场重建的影响
• 6.7 不确定气体成分对温度场重建结果的影响
• 6.8 炉内介质的速度对温度场重建结果的影响
• 6.9 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢