杨霖[1]2002年在《瞬态燃烧温度场计算机层析技术研究》文中认为从光谱测温技术和计算机层析技术两方面对瞬态燃烧温度场重建方法进行深入研究，取得了如下研究成果： 1．建立光谱测温模型，推导光谱测温方程，实现温度场中测量点温度的实时计算。其优点是利用光信息测量温度场，对温度场无扰动，可用于对爆炸、非稳态燃烧等对象的温度测量。 2．在光谱测温的基础上，引入计算机层析技术，利用已知的部分光谱测温数据，重建整个温度场，弥补光谱测温仅获得测量点温度的缺点。 3．根据改进型钠谱线翻转法获取的光谱测温数据，对稳态烛光火焰和7.62mm半自动步枪膛口温度场进行计算机层析重建，取得了比较满意的结果。 4．开发具有光谱测温、计算机层析算法重建温度场、计算结果处理和温度场显示模块的应用软件。
崔文丽[2]2009年在《爆炸温度场重建技术研究》文中研究表明目前,用于对付地下或野战工事、建筑物和坑道等密闭或半密闭目标的温压武器正日益受到世界各国的高度重视,被人们誉为“常规武器中的核武器”。为了更好地提高温压炸药的爆炸威力,更加全面地了解评价温压炸药的毁伤效力,对其爆炸所形成的温度场进行研究具有一定的学术意义和应用价值。本论文首先研究了温压炸药的基本特征和爆炸过程的基本特点,并在对常见火球模型进行分析的基础上,建立了温压炸药火球热辐射动态模型,为温压炸药爆炸火球温度场的叁维重建提供模型依据;通过对爆炸领域常用的几种热辐射测温方法进行分析比较,选择红外热成像法作为本文的测温方法,并在此基础上建立了红外辐射测温模型;为获取火球表面较为全面的温度分布信息,在炸源周围不同角度布置4台红外热像仪组成温度测量系统,同时进行多方向温度数据采集;在算法的选用上,本文将红外辐射测温原理与光学层析技术相结合,提出了含有先验知识的属性矩阵和变超松弛系数的代数迭代算法,来解决非完全数据的重建问题;最后,为验证本文所提出的叁维重建算法的可行性,我们对加热过程中的陶瓷柱体的温度场分布进行了相关研究,这为爆炸火球温度场的叁维重建提供了参考。
孙楠[3]2013年在《叁维光学体层析重建技术研究》文中指出对复杂流场的流动显示和定量测量是现代航空、航天及能源工程中的基本而关键技术,例如对高超音速飞行器再入大气层时产生的高温流场、火箭发动机产生的高温燃气射流场、风洞中的高超音速流场等的诊断。光学层析技术由携带被测场信息的多方向投影数据来重建待测场,具有非接触、瞬态和叁维全场测量的优点,是实现流场全场定量测量的重要技术之一。但是,传统的光学层析技术是基于二维Radon变换的“切片”式层析,即将叁维流场划分成一组相互平行的二维切片,分别对各切片进行层析重建,再将二维重建结果“堆”成叁维重建场,是一种二维“切片”式的准叁维重建方法。本文针对叁维流场的全叁维重建问题,将体积层析理论与光学层析技术相结合,跨越二维“切片”过程,直接实现对流场的叁维光学层析重建。主要工作如下：1.针对叁维干涉体层析重建问题,研究了进行精确重建所需的光学层析投影完全性条件；将体积层析理论引入到干涉体层析技术中,实现了干涉体层析重建算法；在此基础上,通过马赫-曾德干涉光路,对真实流场进行层析测量,并通过干涉体层析算法实现了重建。2.针对体层析重建的特点与莫尔层析投影的剪切干涉特性,提出了双正交光栅莫尔体层析投影光路；通过标量衍射理论,分析了此光路莫尔条纹的成像过程,获得各级频谱对应的网格状莫尔条纹图的解析表达式,为莫尔体层析技术研究开拓了一条新的途径。3.针对双正交光栅莫尔体层析的重建问题,根据所得网格状莫尔条纹图的解析表达式,采用傅立叶变换算法处理条纹图,实现了两个方向剪切投影相位的同时提取；提出了基于双正交光栅莫尔体层析光路的叁维莫尔体层析重建算法；在此基础上,构建了双正交光栅莫尔体层析光路,以丙烷扩散火焰为对象,进行了叁维温度场重建。4.针对莫尔体层析投影数据的提取问题,通过对双正交光栅莫尔体层析光路中各级频谱对应的解析表达式的研究,发现不同频谱莫尔条纹图之间存在空间相移特性；针对此特性,提出了一种能够同时获得至少四幅空间相移图像的莫尔体层析空间相移投影光路；通过标量衍射理论分析其成像过程,推导出此空间相移光路各级频谱对应莫尔条纹图的解析表达式,并对莫尔条纹图之间的空间相移关系进行了研究。此研究结果将为基于空间相移方法的莫尔层析投影提取技术提供理论基础。
王浩[4]2016年在《火箭燃射场的多方向FCT技术研究》文中认为燃烧场诊断实验是进行燃烧反应机理、分析燃烧过程、优化燃烧器设计、降低燃烧过程污染物排放等方面研究的必不可少环节。在燃烧过程中会产生大量的中间反应产物,它们都有特定的发光光谱,通过分析燃烧过程中的发光光谱是研究观察燃烧过程的直接而有效的技术手段,已经被广泛用于燃烧场诊断实验中。火焰化学发光光谱计算层析技术(Flame Chemiluminescence Tomography,FCT)是一种通过采集多方向的化学光谱投影然后由CT技术重建火焰瞬时发光分布的技术,其具有结构简单、非接触并能够实现燃烧场瞬态叁维诊断的特点,是目前燃烧诊断实验技术的研究热点之一。本文以火箭发动机燃射流场为研究对象,设计研制了一套多方向FCT装置,通过该装置实现了燃射流场火焰瞬态叁维结构重建。本文分别从以下几个方面进行研究:首先,根据实验需求和现场状况,进行了 FCT装置的机械结构设计,设计实现了包含12个相机的投影采集装置、离线和在线多方向标定装置。其次,对FCT装置的多方向标定技术进行研究。先提出了一套手动选取加灰度重心定位的标定点定位程序。在此基础上,又提出了基于Radon变换的自适应标定点提取算法,实现了 FCT多方向标定图像上标定点的自动提取,大大地提高了工作效率。随后,本文进行了基于透视成像模型的多方向标定实验,同时将叁阶多项式标定模型应用于FCT多方向标定技术中,编写程序并进行了实验验证。实验结果表明,基于叁阶多项式模型的标定相对于基于透视成像模型的标定在标定点重投影精度上有较大的提升。最后,在上述工作的基础上进行了火箭发动机燃射流场的FCT诊断实验。通过12个相机对燃射流场的尾焰进行了多方向投影图像的采集,然后根据多方向标定的结果,进行燃射场瞬态结构的叁维重建。通过本文的工作为燃射流场燃烧诊断技术提供了理论基础和工程技术参考。
刘亦安[5]2010年在《基于太赫兹技术的多相流检测研究》文中提出多相流广泛地存在于自然界和工业生产过程中。随着科学技术的发展,多相流动现象在化工、石油、动力、原子能、环保、轻工等许多工业应用场合中变得越来越重要,深入研究多相流动过程对于工业生产和人类的生活都具有极其重要的意义。但是,由于多相流流动特性复杂,多相流参数检测的难度相当大,现有的多相流检测技术大都还局限于实验室研究阶段,远未能满足科学研究和实际工业应用要求。因此,多相流参数检测技术已经成为多相流研究和发展的制约性因素。太赫兹波通常是指频率在0.1-10THz(1THz=1012Hz)范围内的电磁波,与其它波段的电磁波相比,太赫兹波段是电磁波谱中最后一个有待全面研究的重要频段。太赫兹波具有安全性好,穿透力强,光谱灵敏度高等诸多特点。但是由于太赫兹波段的辐射源和检测手段在技术上实现非常困难,所以太赫兹波段的相关研究曾一度处于停滞不前的状态。然而,随着半导体技术和超快激光技术的飞速发展,太赫兹技术在20世纪90年代后期开始得到了蓬勃的发展。太赫兹技术作为一种新兴检测手段,它在基础研究、天文观测、安全检查、生物医学、环境检测,乃至现代通信技术等领域都展现出巨大的应用潜力。然而,太赫兹技术在多相流领域的检测研究还处在探索的阶段,相关的研究和文献报道极其有限。本文尝试将太赫兹技术应用于多相流的检测中,探索太赫兹技术应用于多相流领域的可行性与潜在应用前景。重点研究了将太赫兹技术应用于气固两相流固相浓度的检测和燃烧温度场和浓度场重建这两方面内容。论文的主要工作和创新点如下：1)提出了基于太赫兹时域光谱技术的气固两相流固相浓度测量新方法。该方法克服了光学测量方法在高颗粒浓度的气固两相流体(>1%)中不再适用的困难,能够实现高颗粒浓度条件下气固两相流固相浓度的测量。研究结果表明,基于太赫兹时域光谱系统的固相浓度测量方法无论是衰减模式还是时间延迟模式都能够有效地实现高浓度颗粒条件下气固两相流固相浓度的测量。同时,基于时间延迟模式的气固两相流固相浓度测量方法精度更高,线性度更好。2)应用ISA、EFA和QCA理论模型对高颗粒浓度条件下稠密相气固两相流中的电磁波的传播和散射规律进行了理论分析,并与实验测量结果进行了对比。研究结果表明,在叁种模型中QCA模型的理论预测结果与实验测量结果最为相符,QCA模型是一种比较适合于稠密相气固两相流测量结果分析的模型。3)本文研究了颗粒的粒径和颗粒的相对介电常数对气固两相流固相浓度的测量产生的影响。研究结果表明,在稠密相气固两相流中颗粒粒径对基于衰减模式或基于时间延迟模式的测量方法不产生明显的影响。但是颗粒的相对介电常数会对基于衰减模式和基于时间延迟模式的测量方法产生明显的影响。当颗粒材料的相对介电常数的虚部较大时,基于衰减模式的测量方法的误差也会相对较大；当颗粒材料的相对介电常数的实部较大时,基于时间延迟模式的测量方法的误差相对较小。4)针对太赫兹光谱对极性气体分子的变化极为敏感的特点,提出了基于太赫兹时域光谱技术的分子振动-转动光谱的双光谱火焰温度测量新方法。该方法不依赖于火焰燃烧组分并且不干扰燃烧的流场。同时,根据HITRAN分子数据库提供的光谱数据,建立太赫兹波段双谱线测温法中双谱线的选择准则。5)基于双谱线测温方法提出了一种基于太赫兹时域光谱技术的燃烧温度场重建新方法。选取了叁对太赫兹波段的水分子谱线,利用ART算法对温度场进行了重建。同时,本文分析了温度场重建过程中,谱线强度比值和谱线强度比值的相对灵敏度变化对温度场重建产生的影响。根据灵敏度变化的范围,给出了不同谱线对的有效测温区间。提出了选用大转动量子数和大能级差的分子谱线对来提高测温精度的方法。研究结果表明,基于太赫兹时域光谱技术的温度场重建结果与实际燃烧情况一致,是一种可行的温度场重建方法。6)对太赫兹光谱技术应用于燃烧温度场和浓度场的重建进行了研究。提出了一种基于太赫兹时域光谱技术的燃烧温度场和浓度场同时重建的新方法。研究结果表明,本文所提出的基于太赫兹时域光谱技术的温度场和浓度场同时重建的方法是有效的,太赫兹时域光谱技术可以为燃烧温度场和浓度场的重建提供一种新方法,其在火焰燃烧诊断领域有较好的应用前景。
范航[6]2017年在《爆炸温度场叁维测量技术研究》文中研究说明随着科技的进步,许多领域的发展对温度测量提出了更高要求,从以往的单点温度测量逐步过渡到了叁维温度场的测量,温度场测量与武器系统研发、弹药毁伤效能、爆炸过程研究及炸药原材料配比最佳值等都密切相关。特别是瞬态高温场往往具有强破坏力、强电磁干扰、爆炸过程极短、温度高、温度动态范围大等特点,因此测量难度较大,目前尚没有相应的测试技术及设备,本文针对爆炸温度场进行了叁维测量技术的研究。针对爆炸温度瞬时性的特点,本文提出了一种新的点面结合测量叁维温度场的方法,采用硅光电探测器结合多光谱测温法测量爆炸真温以及光谱发射率,实现温度场的单点温度测量。结合面阵CCD由靶面输出响应得出单一方向上的二维温度分布,以爆源为中心采用叁个测量方向均布的方法得出叁个方向上的二维温度分布,研究基于叁个方向上的二维温度分布重建温度场的方法。本文建立由点温度到面温度的数学模型,其中包括大气光谱透过率及CCD光谱响应曲线的测量。首先用MODTRAN大气模拟软件仿真出大气光谱透过率曲线,并在标定公式的基础上用光栅单色仪得出CCD光谱响应曲线,然后采用最小二乘法对两者进行曲线拟合分别得出大气光谱透过率函数及CCD光谱响应函数,建立起二维温度分布的测温模型。其次研究了几种常用的迭代类重建算法,在此基础上采用了一种综合多准则的迭代重建算法。建立了基于透镜成像原理的相机投影模型,并给出了权重矩阵的计算方法。利用计算机仿真实验对所采用的多准则迭代重建算法与常用重建算法进行比较,表明了该算法在物理场的叁维重建中有很好的应用前景。
薛锐[7]2016年在《烟火药燃烧流场可视化及其燃烧机理研究》文中研究说明烟火药是由可燃剂、氧化剂、粘合剂等粉末状材料经机械混合制成的一种非均匀多孔介质,剧烈的燃烧反应使气、液滴、固相粒子并存于火焰中,大部分烟火制品难于展现类如碳氢燃料和推进剂燃烧时清晰的火焰结构。本文基于粒子图像速谱仪(Particle Image Velocimetry,PIV)、高速摄影仪(High Speed Camera,HSC)、红外测温仪等设备,进行了烟火药燃烧火焰流场、温度场的可视化研究,在此基础上研究了这种复合含能材料的燃烧反应机理。研究了烟火药燃烧火焰中燃烧粒子粒度与浓度分布。利用高速摄影仪,测试燃烧烟火药火焰中离散粒子的全程动态流场,利用间歇性高压空气射流取样法,通过火焰截取、热敏纸板烧蚀、图像处理,基于标准粒子定标与参数修正,分析了燃烧粒子在燃烧火焰喷射轴向上的一维粒子粒度和浓度。研究了烟火药火焰流场及其气-粒子两相流动。基于粒子图像速谱仪和高速摄影仪的测试结果,通过图片处理、阈值分割、粒子分组、边缘检测、轮廓提取等手段,另外根据不同亮度区域粒子识别难度,采用了多分辨分析图样处理方案,建立了烟火药燃烧粒子轨迹追踪模型,得到火焰区域中燃烧粒子的浓度分布、速度矢量和空间位置,通过燃烧粒子速度与火焰流场分布规律,得到烟火药火焰中燃烧粒子的叁维空间分布。研究了烟火药燃烧火焰的温度场分布。基于大量燃烧粒子对燃烧火焰温度的贡献份额,通过单个燃烧粒子辐射与传热规律得出燃烧粒子分布,重构了烟火药火焰温度场,并通过红外测温仪对计算结果进行印证。在总结了前人研究基础上归纳了基于燃烧粒子的烟火药燃烧反应机理,并基于燃烧粒子的特点通过传热、火焰辐射等应用实例进一步阐述了基于燃烧粒子的烟火药燃烧反应机理。采用Hot Disk TPS2500S仪器对具有非均匀多孔介质结构的烟火药进行了热常数的实验,得出了烟火药粒子间热常数的经验公式,讨论了烟火药热常数与燃烧效应之间的关系;根据烟火药燃烧火焰产生不同的辐射效应,分析了红外辐射诱饵效应与消光效应的作用机理;基于大量具有高温燃烧质点效应的燃烧粒子,研究了烟火药燃烧粒子边界层、粒子流场轨迹以及粒子温度场分布的燃烧机理。研究结果表明,剧烈的燃烧反应不可避免地使大量复合粒子和单质金属颗粒进入燃烧火焰中,燃烧火焰中燃烧粒子的空间分布与燃烧反应规律充分体现了烟火药燃烧反应特性,对烟火效应作用机理起着关键性的作用,如点火能力、光辐射规律等。
刘龙[8]2014年在《基于压缩传感重建的非稳态流场光偏折层析研究》文中进行了进一步梳理工程热物理和空气动力学等领域的发展促使非稳态流场测量成为新的研究热点。在复杂流场显示与测量领域，光偏折层析(CT)因其非接触测量方式、抗干扰能力强、低敏感性等一系列特质成为强有力的实用测量工具。现有光偏折CT技术难以实现多方向投影同步采样和极度欠采样条件下的重建，该技术的应用受制于其采样技术和重建算法的发展。本文借鉴数字微镜器件“控制反射镜阵列调制空间光”的技术原理，建立投影条纹图有序阵列可视化，构建迭栅光偏折投影采样系统，实现单CCD、6视角、同时、同光路条件的动态采样。基于压缩传感理论的极度欠采样的高精度重建的思想，将压缩传感理论与偏折角修正迭代技术相结合，提出了一种新的偏折角压缩传感修正重建算法，解决光偏折层析极少方向投影重建。该算法以待测场梯度的l1范数为稀疏性先验模型，结合最速下降法进行全变差调整，并引入压缩传感权重因子对迭代过程进行优化。在极少方向投影条件下对双峰温度场进行模拟重建，并在相同条件下与已有算法进行比较。数值模拟结果表明，在6方向投影数据条件下，新算法在峰值构建和重建平滑度方面均表现出明显的优越性，其峰值误差和标准距离误差分别比已有算法降低27.03%和33.33%。实验中，采用光偏折投影阵列采样系统对非稳态燃烧流场进行6角度采样，使用新的偏折角压缩传感修正重建算法重建出流场的温度场和密度场，体现出光偏折层析新技术在复杂流场测量领域的重要实用价值。
赵敬德[9]2004年在《煤粉火焰叁维温度分布重建及其在燃烧诊断技术中应用的研究》文中研究指明当今能源的短缺与环境状况的恶化不断威胁人类的健康和经济可持续发展，只有加强作为能源产业基础设施和重要污染源的电站锅炉的清洁高效燃烧过程的监控和管理，优化炉内燃烧工况，减少燃烧污染物的排放量，才能确保燃煤电站锅炉与环境友好的高效清洁生产工艺。 优化炉内的燃烧工况，最重要的基础环节就是对燃烧实施准确的检测，并在此基础上建立燃烧诊断和优化运行系统。但是长期以来，我们对电站锅炉炉内工况的检测还不全面，大多是通过蒸汽侧的参数和有限的火侧参数，借助运行人员的经验进行燃烧的运行调整，远远不能满足燃煤机组安全生产和环境保护的需要。 本文的研究，就是通过工业用CCD摄像机和计算机多媒体技术，实现对炉内燃烧工况的可视化检测，以获得对燃烧诊断更直接、更充分的火焰检测信息。在传统火焰监视电视的基础上，利用层析成像技术和逆问题求解的方法，重建了炉内的叁维温度分布，在次基础上开发了更有效的燃烧诊断技术。 本文首先综述了温度场测量技术以及图像法测温技术的发展状况，研究了图像法测温技术，重点是利用层析技术重建叁维温度分布方法的基本原理、主要技术环节和技术困难，指出本文在重建煤粉火焰叁维温度分布过程中将要研究解决的主要技术问题。 然后分别研究了重建煤粉火焰叁维温度分布过程中的几个主要技术环节及技术问题：(1)介质的辐射特性；(2)投影成像过程；(3)光子束在叁维复杂介质中的传输；(4)逆问题的求解。 最后，根据炉膛火焰的图像信息、测量得到的炉内温度场和对锅炉运行参数的分析，提出了2项基于屏前截面热负荷分析的燃烧诊断技术。 本文所提出的方法作为一种新型的燃烧诊断技术，既能为电站锅炉的运行和管理人员提供直观的、可视化的炉膛火焰信息，又能够测量炉内的温度分布，并给出运行指导信息。随着相关学科的发展和工程应用的深化，它必将不断完善，为锅炉的燃烧过程监控和管理提供强有力的帮助。
李志宏[10]2006年在《可视化火焰测量系统的开发及应用》文中提出我国是能源消耗大国,煤炭作为燃料在能源消耗中占了很大比重。电站锅炉作为电能生产的主要方式,面临着提高燃烧经济性和减少污染的双重任务。只有更好的优化炉内燃烧工况,才能满足上述要求。另外,合理燃烧还可减少锅炉事故的发生。总之,优化燃烧控制是锅炉各项性能全面提高的必然要求。目前燃烧控制的特点是主要信号均取自燃烧室以外。从燃料入炉燃烧到蒸汽压力变化是个纯滞后大延迟的过程,难以迅速跟踪炉内燃烧的变化。 而内涵丰富,直接反映炉内燃烧状况的火焰信息未被充分利用。本课题目的既是探索火焰信息的获取方法,并为优化燃烧控制提供参考。 本课题通过研究燃烧的辐射成像模型、图像采集系统的光电特性、火焰温度场算法、可视化测量系统原理,从测量对象、测量模型、测量工具、测量应用等方面阐述了针对燃烧火焰所建立的较完善的研究方法,并以此为基础开发了新型的燃烧测量系统。 本课题以可视化实时场测量为主要目标,以CCD相机、分光系统及相关图像采集及处理设备为主要测量工具,以电站锅炉煤粉燃烧火焰为主要研究对象,实现了对燃烧火焰的多参数测量。通过对火焰特性的研究确定了测量波长,对图像采集系统光电特性的研究选取了CCD相机,对测量原理的研究设计了测量方案并研制了分光系统,在此基础上开发了整套新颖的可视化燃烧火焰采集及分析系统。通过温度标定获得了温度灰度标准数据库,并应用于某电站300MW锅炉的实际测量。测量结果表明,本系统能够准确及时跟踪运行工况的变化,反映燃烧的实际情况。 运用最小二乘支持向量机,通过火焰信息的提取和优化组合对锅炉负荷进行了预测,找到了与之紧密相关的火焰参数,为燃烧的优化控制提供了新的借鉴。 本课题开发的燃烧测量系统具有波长及光路选择灵活,测量准确度高,运行稳定可靠等特点,并且具有较好的燃料适应性,可广泛用于非透明或半透明火焰的燃烧测量。
参考文献：
[1]. 瞬态燃烧温度场计算机层析技术研究[D]. 杨霖. 南京理工大学. 2002
[2]. 爆炸温度场重建技术研究[D]. 崔文丽. 中北大学. 2009
[3]. 叁维光学体层析重建技术研究[D]. 孙楠. 南京理工大学. 2013
[4]. 火箭燃射场的多方向FCT技术研究[D]. 王浩. 南京理工大学. 2016
[5]. 基于太赫兹技术的多相流检测研究[D]. 刘亦安. 浙江大学. 2010
[6]. 爆炸温度场叁维测量技术研究[D]. 范航. 西安工业大学. 2017
[7]. 烟火药燃烧流场可视化及其燃烧机理研究[D]. 薛锐. 南京理工大学. 2016
[8]. 基于压缩传感重建的非稳态流场光偏折层析研究[D]. 刘龙. 青岛科技大学. 2014
[9]. 煤粉火焰叁维温度分布重建及其在燃烧诊断技术中应用的研究[D]. 赵敬德. 浙江大学. 2004
[10]. 可视化火焰测量系统的开发及应用[D]. 李志宏. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）. 2006