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.     

基于少量声学数据的炉内温度场重建

针对炉内温度场声学测量中只有少量声学数据问题,提出了基于平面像素分割和正则化的温度场重建方法.利用二维温度场像素之间的邻近关系,给出了正则化矩阵的一般求取方法,并对正则化参数进行了研究.分别对单峰对称和非对称、双峰对称和非对称的温度场模型进行了仿真实验,得出了三维显示图和等温线图,并给出了温度场的绝对误差和均方根误差.仿真结果表明:该模型的准确度较高,时各种温度场计算有一定的通用性.     

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。     

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     

声学法锅炉温度场检测技术及应用

声学法锅炉温度场检测技术是近年来发展起来的一项新技术。介绍了声学温度场检测技术的声学原理和通过测量声波传感器间的声波传播时间 ,然后利用最小二乘原理重建温度场的测量方法 ,并进行了炉膛截面二维温度场重建仿真。对声学烟温测量方法在锅炉烟温测量中的应用及存在的问题进行了分析和讨论。     

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.     

基于DenseNet与声学层析成像的温度场高分辨率重建

提出一种虚拟观测结合密集连接网络(DenseNet)的两阶段声学层析成像温度场高分辨率重建算法。以总体最小二乘为目标,采用虚拟观测法对超声飞行时间(TOF)进行重建,得到粗网格下的温度分布;然后利用搭建的DenseNet预测细化网格的温度分布信息,采用双输入模型,同时利用模块化输出方法对典型的温度场模型进行数值仿真。结果表明：该算法的重建质量和抗噪性均优于常用的虚拟观测方法、Landweber迭代法、Tikhonov算法及代数重建(ART)方法。     

燃气加热炉炉内温度场的模拟研究

利用CFD软件对燃气加热炉炉内温度场进行模拟,并与实验系统实测数据进行对比,结果表明数值模拟能够反映出炉膛内的温度场情况。数值模拟方法,对加热炉的设计或者现有炉子的改进,都有有益的帮助。     

声学测温系统在200MW电站锅炉中的应用研究

为了实现炉膛温度场实时在线监测,在前期单路径声学高温计试验成功的基础上开发了多路径声学测温系统,并首次在国内某电厂的200 MW机组锅炉上进行了安装调试.结果表明：基于相位变换加权的互相关算法,可以有效去除冷态条件下炉膛强混响影响,准确得出声波飞渡时延估计值;经过热态试验验证了该系统的稳定性和可靠性;声学测温系统为传统的高温测量领域提供了新技术,将电站锅炉的燃烧情况可视化,有助于运行人员实时调整燃烧,防止火焰中心偏移,确保锅炉的安全经济运行.     

运用代数迭代技术由火焰图像重建三维温度场

在运用图像处理的方法测量火焰温度场的研究中,从摄像机获取的二维累积图像中重建出包含每个断面温度分布的三维温度场,是关系到能否投入实际应用的关系问题,结合扇形计算机断层成像原理和火焰辐射传递方程,推导出辐射强度随投影路径衰减的控制方程。将火焰断面网格化之后,运用代数重建技术对离散方程温度和辐射衰减系数同时迭代求解。在油煤混烧的燃烧器上运用该方法进行实验研究,并结合算法的数值模拟,对其可能误差和改进方     

炉膛火焰图像处理技术及温度场重构

锅炉中煤粉的燃烧过程是非常复杂的悬浮燃烧且极不稳定，监视系统的图像可能受到各种噪声的干扰，文中详细介绍了消除图像噪声、图像增强及边缘检测的原理，实现了对火焰图像的处理；给出了基于维恩辐射定律导出的双色测温计算火焰温度的算法，并成功用于火焰温度场的计算；最后给出了温度场计算机显示原理。图5参6     

声辐射模态下测量点分布对声场重构影响的研究

应用声辐射模态理论,以振动平板为研究对象,针对声场重构中测量点的分布对重构声压的影响进行研究。数值计算表明:在测量点数和模态展开数既定的情况下,通过改变测量点的坐标值,使测量点非均匀地分布在测量面上,这样重构出的效果远远优于测量点均匀分布且使用Tikhonov正则化方法重构出的效果。研究结果表明:测量点的非均匀性布置,可以达到减小测量点数和模态展开数,扩大重构频率区间,简化计算程序,提高重构精度的目的。     

电站锅炉声学测温中扫频信号声源特性研究

为了对电站锅炉声学测温中的声源进行选择,借助冷态实验台对扫频信号进行了试验研究,并在国内某300 MW锅炉上进行了热态试验.为了确保其准确性,同时利用热电偶进行了热态温度标定.结果表明：线性扫频信号适合作为电站锅炉声学测温中的声源信号;500~3 000 Hz频率段的扫频信号作为声源最为适宜;扫频信号的频率区间越小,互相关时延估计效果越差;扫频周期取0.1 s最为合适;线性扫频信号成功地在300 MW锅炉声学测温系统中得以应用,可为电厂锅炉声学测温的研究提供重要的参考.     

伪随机序列声源信号在电站锅炉声学测温中的应用

为了获得电站锅炉炉膛温度信息,开发了单路径炉膛烟气温度声学监测系统,引入伪随机序列作为声源信号.在国内某200MW和300MW锅炉上进行了热态试验研究,并利用自制的K型陶瓷热电偶对测量温度进行了标定.结果表明：伪随机序列信号可以作为声学测温的声源信号,但由于其频带过宽,必须进行处理,使其能量集中;测温系统测量的烟气温度与热电偶测量温度相比,误差在2%以内;基于伪随机序列声源的声学测温系统所测温度曲线与负荷曲线吻合,具有很好的稳定性.