声学法重建炉内温度场的算法研究

基于声学测温的基本原理和理想状态下炉内温度场的分布规律,提出了每条声波传播路径上温度的抛物线函数,利用数值计算插值方法中的平方反比法,得出了测量平面上划分的各网格点温度值,从而实现了二维温度场的重建。基于领域经验,借助工程数学软件MATLAB,对本重建算法进行了计算机仿真,得出了二维温度场的网格立体图和等温线图。最后,将仿真出的温度场和理想温度场比较,进行误差分析,验证了本重建算法的正确性和可行性,取得了声学测温图像重建的一定进展。     

基于声学层析成像的炉内温度场重建算法研究

为了获取快速准确的锅炉温度场在线监测信息,提出了一种基于声学层析成像(AT)测量的代数重建-神经网络(ART-NN)温度场重建算法,该算法结合了代数重建方法(ART)和BP神经网络方法的优势.采用该算法对多种典型的温度场模型进行数值仿真,分析了算法的重建结果和稳健性,并利用实验研究进一步评估该算法的性能.结果表明:ART-NN算法的重建质量和稳健性要优于Tikhonov正则法、Landweber迭代法和ART方法,为提高锅炉炉膛温度场重建质量提供了一种有效方法.     

基于声学与光学相联合的温度场重建技术数值模拟研究

为了获得较为精确的炉膛燃烧二维温度场,达到实时监测炉膛内火焰温度的目的,分别利用光学法与声学法建立温度场重建模型并推导出较为简便的矩阵反演公式,并结合SVD(奇异值分解)算法对炉膛内二维温度场进行重建。数值研究表明:在测量误差均为0.05和0.1时,光学与声学测量方法分别在高温区域与低温区域有较好的重建效果,据此提出了基于层次分析法的声、光联合温度场重建技术,当采用(声、光)联合技术对炉膛单峰对称、单峰偏置和双峰对称温度场进行二维重建时,反演精度较光学法或声学法均提高0.01左右,表明了此种融合方法的可行性和准确性,对炉膛温度场反演具有重要意义。     

考虑声波折射的声学锅炉温度场测量技术的研究

根据炉膛断面理想的温度分布函数,给出了二维单峰圆对称模型温度场,数值计算了声波在模型温度场中沿直线路径的传播时间,用声学CT算法进行了温度场的重建仿真。根据光学Fermat原理和数学变分方法建立的声波传播路径的数学模型,数值计算了声波在模型温度场中的折射传播路径,发现声波在非均匀温度场中不沿直线传播,其传播路径朝向温度较高的区域发生弯曲。利用得到的声波实际传播路径,用声学CT算法重建了温度场,结果表明考虑声波折射后建立的声学法二维温度场精确度得到提高。图5参7     

声学CT算法重建炉内三维温度场的仿真研究

为了实现炉内温度场的实时在线监测,提出了2种声学CT算法:代数重建法(ART)和同步迭代重建法(SIRT).采用2种CT算法分别对炉膛火焰分布的单峰模型、双峰模型和四峰模型进行了温度场重建仿真实验,并对2种算法的仿真结果进行了比较,分析了2种算法的抗噪声能力.结果表明:2种算法均可用于炉膛三维温度场重建且各有优劣,对于燃烧情况复杂的电站锅炉,抗噪声能力更强的SIRT算法具有更好的稳定性.     

基于塔克分解和声学测温的三维温度场重建

提出了一种基于塔克分解和声学测温的三维温度分布重建算法,该算法采用数值计算方法建立先验数据集,利用塔克分解提取锅炉温度场的主要特征,将声学测温与二维温度场插值相结合,重建三维温度场,提高了复杂温度场的重构精度,具有较快的重建速度。结果表明：该算法能够在10 s左右重建复杂三维温度场,相比传统声学测温可以将重建误差降低10%以上,对于先验工况外的温度场也有较强的适用性,对燃煤电厂燃烧优化和负荷调整具有一定的指导意义。     

GMRES算法在声学法重建三维温度场中的应用

利用声学测量技术进行锅炉炉膛温度场测量时,重建算法是实现炉膛温度场重建的关键。而在基于像素分割的重建算法中,准确、快速求解飞渡时间矩阵方程是重点及难点。对于求解大型稀疏矩阵方程问题,GMRES(广义极小残差法)效果比较好,尤其是针对大型稀疏非对称矩阵的求解问题。本研究将GMRES算法应用于锅炉炉膛三维温度场重建过程中,并利用MATLAB软件对单峰对称和单峰偏斜两种三维理想温度场模型进行了计算机仿真重建。研究表明:该算法重建精度高、速度快,可用于锅炉炉内三维温度场重建过程。     

发动机活塞传热的无网格RKPM计算模型及应用

利用无网格重构核粒子法(RKPM)建立了发动机活塞传热分析的计算模型,采用罚函数法施加第一类边界条件,推导了基于RKPM的活塞传热离散控制方程,并引入可视性准则处理了复杂几何区域中RKPM温度场的非连续性.选择具有解析解的算例验证了计算方法和程序的正确性,并利用RKPM传热计算模型求解了混合边界条件下的发动机活塞温度场,温度分布与有限元法、有限体积法结果吻合得很好.结果表明,基于无网格RKPM的传热计算模型无论对规则区域还是对复杂几何区域下的混合边界工程传热问题,都能取得较高的计算精度,为发动机活塞传热分析提供了一种新的方法.     

基于火焰辐射的回转式危险废弃物焚烧炉内介质温度场的非接触重建

以两段式回转窑焚烧炉为研究对象,基于逆向Monte Carlo方法,提出了利用电荷耦合器件摄像机所获取的辐射信息进行炉膛断面二维弥散介质温度场快速重建的模型.应用最小二乘QR(LSQR)矩阵分解算法结合维恩定律即可重建出截面温度场.模拟计算表明,即使在存在测量误差的情况下,仍可以较好地重建出介质温度场,同时辐射能传感器的信噪比不应低于70 dB.并进行了现场试验研究,试验结果证实了重建方法的可行性和实用性.     

CFD方法与间接蒸发冷却换热器的三维数值模拟

采用计算流体力学(CFD)和数值传热学方法,对间接蒸发冷却器内流体流动与热质交换过程进行简化和假设,建立了换热器内三维层流流动与传热的数学物理模型。采用交错网格离散化非线性控制方程组,编制了三维simple算法程序。对间接蒸发冷却器内的流场、温度场及浓度场进行数值模拟研究,得到换热器内的流体流动状态和热流分布,并分析了通道宽度变化对换热器内流体流动与换热的影响。     

基于PSO-Powell算法重建炉膛截面温度场的研究

煤粉锅炉炉膛火焰温度场的测量是燃烧调整的基础,对于锅炉的燃烧经济性、安全性诊断以及优化运行有着重要的意义.利用4个面阵CCD获取的火焰图像的数字信号,在分析测试系统物理模型和炉膛火焰温度分布规律的基础上,建立了非线性多目标优化数学模型,并应用PSO算法和文中提出的微粒群.鲍威尔混和算法(PSOPowell)对其进行了求解.并在某电站350 MW锅炉上进行了多负荷工况下的实际测试.结果表明,此混合算法提高了PSO算法的寻优能力,利用其重建的温度场可以作为燃烧诊断和优化运行的重要依据.     

炉膛燃烧温度场三维可视化监测方法模拟研究

为了利用火焰图像监测装置检测到的炉膛燃烧辐射能分布图像信息重建三维燃烧温度场，作者提出了一种针孔成像条件下的快速方法计算CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）靶面接收的辐射能。成像像素接收到的系统网格单元的辐射能的份额的计算结果和辐射能图像计算结果均体现了成像过程的方向选择性和辐射能传递规律的作用。针对炉膛燃烧三维温度场重建的严重病态问题建立了一种基于Tikhonov正则化的求解方法，对于单峰型三维温度分布重建模拟计算结果表明，即使辐射图像检测包含均方差达到0.11的误差，温度场重建误差仍能维持与测量误差基本相当的水平，温度分布可视化质量较高，各种图像检测组合方式的重建结果比较显示，炉膛四角沿高度方向每隔5m左右交叉对角布置两个辐射图像采集装置，能够获得较好的全炉膛温度场可视化结果。     

基于深度学习的波长调制吸收光谱非线性层析重建研究

本文基于深度学习算法,开展了免标定波长调制吸收光谱非线性层析重建研究．采用频分复用技术,构建吸收光谱非线性层析重建方案,使用5条吸收谱线、2个投影角度共计20条投影光线．以二维温度场重建为例,在无噪声时温度场平均重建误差为2.85%,且在不同噪声水平和训练样本数目条件下,该方案可实现高精度温度和浓度场二维重建．本工作首次从算法理论层面实现了二维温度、浓度分布重建,将为实际燃烧环境中非线性层析重建实验提供指导．     

声波法测量炉内温度场有限元模拟研究

根据切圆炉内典型温度分布特征建立了高斯二维温度场模型,采用有限元软件Comsol并基于声波动方程理论模拟了脉冲声波在温度场中的传播过程,获得了波阵面在相应温度分布下的可视化结果,利用互相关函数法计算了声波在场内的传播时间.作为检验,建立了声线理论模型,并进行基本正确性验证.由声线理论模型得到模拟温度场内声波路径分布,并通过积分法得到理论声波传播时间.结果表明:由波动方程模型模拟出的高斯温度场中的声波传播时间普遍比理论解偏大,误差均在1%以内;误差原因在于数值求解波动方程模型中产生的声源信号伪前移现象,且声源处网格越密、温度越高,伪前移量越大.     

W型火焰锅炉炉膛温度场的可视化试验研究

使用火焰辐射图像探测系统探测炉膛空间发射到镜头各像素的辐射能量,然后从能量传递和平衡的角度,由所得图像重建空间的温度场。在300MW机组W型火焰炉进行了炉膛二维断面温度场可视化重建试验。试验在炉膛壁面布置4个CCD火焰探测器,采用计算机图像采集处理技术获取炉膛火焰辐射图像,通过对火焰辐射图像的处理以厦相关算法,重建炉膛断面温度分布、可动态反映火焰断面温度水平、火焰中心的偏穆和火焰刷墙等燃烧异常工况。断面温度场可视化结果刷新一次的时间不超过5S,满足在线监测的要求。     

基于流固耦合的国-Ⅴ柴油机缸盖稳态传热研究

建立了某国-Ⅴ柴油机缸盖、缸垫和机体整机有限元模型,采用流固耦合方法对模型进行了温度场分析。首先通过专业软件AVL-Fire对缸内工作过程和冷却水套进行三维数值分析,取得燃烧传热边界和冷却水套传热边界;然后将计算得到的传热边界映射至整机表面网格,利用有限元软件对整机模型进行求解。模拟结果表明:缸盖最高温度为236.9℃,低于该强化机型缸盖材料的极限温度,各缸火力面的温度分布差异在3℃范围内,同时结合边界条件的试验验证,表明缸盖的热负荷满足设计要求。     

燃气轮机旋流器安装角对燃烧室出口温度品质的影响

为深入了解燃气轮机燃烧室的燃烧特性,优化燃气轮机设计,利用PRO-E软件重建燃烧室结构,采用Gambit软件生成网格,数值计算采用Fluent软件。计算基于Realizable k-ε湍流模型,采用PDF(概率密度函数),得到了在设计工况下的燃烧器内的流动、传热和燃烧的速度、温度分布情况。为了分析旋流器安装角度值对烟气出口温度品质的影响,采用了3种安装角度值,分别为78.5°、73.5°和83.5°(设计工况)。计算结果显示:适当降低旋流器安装角度可以改善燃烧室出口温度品质。     

基于FLUENT的汽车发动机舱温度场仿真

随着发动机工作温度越来越高以及发动机舱内布置越来越紧凑、拥挤,发动机舱散热性能面临了更大挑战。本文利用GAMBIT软件建立发动机舱CFD模型、生成计算区域网格、设置边界条件,利用FLUENT软件对汽车在30km/h速度下发动机舱温度场进行仿真,得到发动机舱的温度场分布和冷却气流流速及方向变化规律。仿真结果表明发动机舱顶部和尾部温度较高,最高温度出现在发动机排气歧管周围;发动机舱内不同位置冷却气流速度差异很大,介于车速的0.25~1.7倍之间。     

步进式加热炉内热工过程的数值模拟

建立步进式加热炉内流动、燃烧和传热的数学模型.炉内流场的模拟采用κ-ε双方程模型,辐射换热计算采用P-1辐射模型,气相燃烧采用Species Transport模型,流场计算采用Simpler算法.采用上述模型与算法得到了炉内详细合理的温度、速度和浓度分布,并对其中影响板坯加热的温度场进行了试验验证.     

对称与非对称碳氢火焰温度场重建实验研究

为了测量碳氢火焰的截面温度场分布,根据火焰烟黑辐射传递特性,提出了基于火焰发射辐射能图像的温度场重建模型,使用最小二乘QR矩阵分解法（LSQR法）求解该模型。数值模拟重建了轴对称和非对称分布的两类温度场,重建结果精度较高。进而对实验室的甲烷扩散火焰截面二维温度场进行了重建,结果与已有文献相比符合较好,特别是对非对称火焰,能准确还原其温度场分布特征,实验得到了较好的结果。