基于可视化技术的单喷嘴燃烧器射流特征参数提取

摘要

电站锅炉炉内流场的分布对锅炉运行的安全性和经济性有重要影响，而燃烧器区域流场的调控几乎是工程应用中改善全炉膛流场分布特性的唯一有效手段，因此对燃烧器区域流场进行监控和研究意义重大。 本文构建了炉内冷态流场可视化系统，并借助可视化手段获取了燃烧器出口冷态射流图像；开发了射流图像处理软件，设计并优化了燃烧器射流流场分析及特征参数提取算法，并用这些算法对所得射流图像进行分析，最终成功提取了射流的边缘轮廓及其它几何参数。算法实现具体流程如下： ①.用加权中值滤波算法抑制射流图像离散点噪声； ②.种子区域生长算法将射流从图像背景中分离出来； ③.自适应边缘检测算法检测射流边缘像素点； ④.广义最小二乘法对射流边缘点进行线性拟合； ⑤.确定射流的几何中心线位置、中心角及射流扩展角等特征参数，这些特征参数可用于定量分析燃烧器区域冷态流场分布特性，并能较精确的预测热态工况下炉膛内流场的组织合理性。 图像处理过程表明：以10×10窗口处理图像噪声，选择射流图像中亮度值最高的像素为种子并以5％为误差限确定生长准则，整个流程消耗时间与处理精度的匹配最优。以配置为AMD3000+处理器，512M内存的个人计算机测试，整个算法流程耗时2～4秒。该方法数据处理的快捷性、算法的稳定性和可靠性，为燃烧器射流流场的实时分析提供了保证。 可视化技术的引入使流场的实时监控成为可能，而图像处理技术又为电站锅炉炉内流场的计算机辅助分析提供了充分的数据支持。与传统研究方法相比，基于可视化技术的射流图像处理方法，融合了光电信息、计算机视觉、图像处理等前沿学科的研究成果，不但注重从外形轮廓的角度直观反映流场特性，同时还可以用射流的几何特征参数对流场特性作定量描述。 本文的研究为电站锅炉炉内流场的可视化提供了一种新的研究思路，也为流场的计算机辅助分析及自动控制提供了一条可行的研究途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2炉内空气动力场研究现状及进展

1.2.1炉内空气动力学理论

1.2.2空气动力场研究方法

1.2.3空气动力场测试方法

1.2.4切圆锅炉炉内空气动力场影响因素

1.3国内外火焰图像处理可视化研究进展

1.4本文的主要内容

第二章典型煤粉锅炉炉内流场动力特性分析

2.1四角切圆燃烧炉内流场动力特性分析

2.1.1四角切圆燃烧方式的技术特点

2.1.2四角切圆燃烧炉内空气动力特性的影响因素

2.1.3变工况对切圆炉炉内流场特性的影响

2.2 W型火焰炉内流场动力特性分析

2.2.1 W型火焰炉流场优缺点

2.2.2 W型火焰炉炉内流场评价指标

2.3对冲燃烧炉内流场动力特性分析

2.3.1对冲燃烧锅炉简介

2.3.2旋流燃烧器对冲燃烧锅炉结构特点

2.4本章小结

第三章电站锅炉冷态流场可视化系统构建

3.1系统功能设计

3.2流场可视化系统硬件构成

3.2.1 CCD摄像头和云台

3.2.2遥控喷雾机

3.2.3图像采集卡

3.2.4监控工作站

3.2.5海量存储设备

3.2.6监控终端

3.3系统关键技术

3.3.1流场示踪

3.3.2图像采集

3.3.3图像处理软件

3.4本章小结

第四章射流图像的预处理

4.1实验室射流图像采集

4.2射流图像的数字表示

4.3关键技术与算法

4.3.1直方图变换

4.3.2射流图像的噪声分析及滤波算法

4.3.3图像灰度化处理算法

4.3.4图像分割

4.4本章小结

第五章射流的边缘检测及提取

5.1边缘检测算法

5.1.1 Roberts交叉算子

5.1.2 Sobel算子

5.1.3 Prewitt算子

5.1.4 Marr-Hildreth零交叉点算子

5.1.5 Canny算子

5.1.6基于区域增长算法的边缘检测

5.2实例对比与算法分析

5.2.1图像消噪与定位精度问题

5.2.2图像边缘位置确定问题

5.2.3边缘检测的阈值确定问题

5.3本章小结

第六章射流几何特征的提取与算法的程序实现

6.1射流几何特征提取

6.1.1射流边缘的线性拟合

6.1.2射流中心线夹角及位置的确定

6.1.3射流扩展角的确定

6.2算法的程序实现

6.3本章小结

结论

参考文献

致谢

附录