基于声音传感器的温度场重建算法的研究

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。

目录

文摘

英文文摘

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