燃气燃烧火焰燃烧过程光学测量方法研究

摘要

燃烧是重要的物理现象，跟踪科学的最新发展，应用和开发先进的测量方法对燃烧过程的机理进行深入研究是重要课题。本文综合运用光学、数学、图像处理等多种工具，对燃气燃烧过程的燃烧机理及其测量方法进行研究，获得了多方面的研究成果。　　本文依据消光法建立了正向光束在颗粒介质中的散射方程，再采用改进的遗传算法进行全局寻优求解逆问题的方法，建立了进行燃烧介质中颗粒粒径和浓度联合测量的多波长颗粒粒度谱光学测量方法，数值模拟和试验验证表明，该测量方法具有很强的适应性和稳定性，而且具有对噪音信号不敏感的特点。细微颗粒物质是燃烧过程生成的主要介质之一，与燃烧过程和污染物排放有重要联系。本文建立了燃气扩散燃烧火焰颗粒浓度的光学测量系统，对燃烧过程产生的烟黑颗粒的形态和浓度等特性进行了实验研究。获得了燃气流速、火焰高度、燃烧温度和发光度与烟黑颗粒浓度分布的关系。本文运用透射电子显微镜分析了火焰不同高度的烟黑颗粒的几何形态特性，对深入了解燃烧过程细微颗粒物的形成和排放控制机理具有重要的参考价值。本文建立了基于图像法的高速CCD测量系统，对燃气燃烧过程的图像特征进行了分析研究，获得了燃气流速和燃烧器管径对火焰闪烁频率的影响规律，同时，本文应用PIV测速方法对用高速CCD获取的燃气燃烧火焰图像序列进行图像互相关分析，得到火焰表面扩张速度场的分布情况，并对火焰卷吸空气时产生的涡的速度分布情况进行了深入分析，加深了对燃气燃烧过程火焰扩张机理的理解。 本文在综述断面辐射投影重建计算原理的基础上，对采用计算机层析成像方法进行测量火焰燃烧过程辐射场的方法进行了理论研究，确定了由火焰图像辐射信号重建燃烧过程辐射场的重建算法；初步的试验表明这种测量方法基本可行，由于辐射强度表示了该处固体烟黑颗粒的浓度，从而可以了解火焰不同断面处火焰的未燃烬颗粒的浓度分布情况，具有较好的发展前景。

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第一章绪论

参考文献

第二章多波长颗粒粒度谱光学测量方法研究

2.1概述

2.2火焰燃烧过程烟黑颗粒测量研究的综述

2.3多波长颗粒粒度谱光学测量方法的建立

2.4多波长颗粒粒度谱光学重建方法的数值模拟和验证

2.5多波长颗粒粒度谱光学重建方法的实验验证

2.6多波长颗粒粒度谱光学测量方法的误差来源分析

2.7本章小节

参考文献

第三章燃气扩散燃烧火焰中的烟黑特性研究

3.1燃气扩散燃烧火焰的烟黑浓度测量系统

3.2燃气扩散燃烧火焰的烟黑排放浓度

3.3燃烧过程的烟黑颗粒形态特性

3.4本章小结

参考文献

第四章燃烧过程火焰图像特性研究

4.1概述

4.2火焰的闪烁特性研究概述

4.3火焰燃烧过程的闪烁现象研究

4.4扩散火焰闪烁特性研究

4.5扩散燃烧火焰的闪烁关系式

4.6基于图像法的燃烧过程火焰扩散现象研究

4.7本章总结

参考文献

第五章燃烧火焰燃烧过程辐射场的重建方法研究

5.1概述

5.2 CT技术的研究及其应用情况

5.3图像cT技术反投影重建燃烧过程辐射场测量方法研究

5.4图像层析技术重建辐射场实验研究

5.5本章总结

参考文献

第六章全文总结及今后工作展望

附：作者在攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢