三维温度场

摘要： 大型炉膛内三维燃烧场与炉内燃烧过程的安全性、经济性和污染物排放水平密切相关。相对于其他大型炉膛内三维温度场可视化监测技术(声学层析成像法和吸收光谱层析成像法),热辐射成像法具有系统紧凑、易于实施等特点,且时间分辨率和空间分辨率较高,具有较大的应用潜力。介绍了大型炉膛内热辐射成像原理;分析了辐射传递反问题的不适定性;综述了辐射传递反问题求解方法研究进展。构建大型炉膛内热辐射成像模型即利用热辐射成像矩阵,将炉膛边界传感器接收的辐射能量分布与炉内温度场、介质和壁面辐射特性联系起来;计算热辐射成像矩阵的关键在于获得介质和壁面单元散射或反射份额的分布,目前通常使用DRESOR法、逆向蒙特卡洛法等进行求解。通过热辐射成像矩阵的条件数判定可知,热辐射传递反问题是不适定性的,导致解的不唯一性甚至不存在性,以及微小测量误差会引起温度场重建的不稳定。目前求解该类不适定问题,主要有优化方法和正则化方法2类。优化方法可分为传统优化方法和智能优化方法。传统优化方法基于梯度计算,通过反复迭代计算减小目标函数,常见有最小二乘法、共轭梯度法等;但该类方法对初值依赖大,需要对目标函数求导数且无法获得全局最优解。智能优化方法基于概率搜索,由相应算法设定随机解,并在求解空间中寻找最优解,特点是无须已知优化问题的精确数学模型,也无需求解目标函数的梯度。可根据对象数量,分为基于生物群体模拟和基于生物个体模拟。前者包括微粒群算法、遗传算法等,需要构建目标函数且搜寻最优解的耗时较长;后者包括人工神经网络、支持向量机等,无需获知预测问题的数学映射关系,经过训练即可获得最接近实际输出值的结果,但训练数据集的质量是影响预测精度关键因素之一。另外一类常见的处理不适定问题的方法是正则化方法,利用与原不适定问题毗邻的一系列适定问题的解近似代替原问题的解,包括吉洪诺夫正则化、截断奇异值分解等。该方法已用于多种燃煤机组锅炉内的三维温度场重建,具有较高的重建精度和效率。尽管热辐射成像法重建炉内三维温度场时需要考虑光学厚度等影响因素,但在一定适用范围内,能够较好地再现炉内真实温度场的分布特征。并且从三维空间考虑辐射传递方程,本质就是一种三维检测技术。随着成像技术的发展(光场相机、多/高光谱成像仪等),也为热辐射成像法用于大型炉膛内三维温度场重建指明了新的发展方向。

摘要： 温度损耗量的持续增加使得变压器温升异常成为无法忽视的问题。基于此,为准确掌握变压结构体温度场的实际变化情况,提出并设计了适用于非晶合金干式变压器的温升异常监测方法。从热源条件入手,分别确定变压器结构体的导热系数与三维温度场强度,完成对非晶合金干式变压器温度场的分析。在此基础上,计算变压器在高频状态下的温升漏感规律,联立磁芯损耗、绕组损耗两项物理参量,实现对非晶合金干式变压器异常温升的实时监测。仿真试验结果表明,应用该监测方法后,随着温度损耗数值总量的提升,变压器的温度场始终处在可控范围内,实际电子冲击负荷量也开始出现稳定的数值区间。证明应用该方法后,变压结构体的连续性温升问题得到有效解决。

摘要： 光场相机可以解决辐射测温多相机系统光路复杂、同步触发难等问题,在辐射成像三维温度重建时有其独特优势.LSQR是求解基于大型稀疏矩阵最小二乘问题的经典算法,该算法用于重建三维温度场时对温度初值依赖较大,在信噪比较低的情况下重建精度不理想.本文提出阻尼LSQR-LMBC重建算法,通过在LSQR方法中添加阻尼正则化项,提高火焰三维温度场重建的抗噪性能,并结合LMBC算法,实现吸收系数和三维温度场同时求解.在数值模拟部分,随着信噪比逐渐降低,阻尼LSQR的重建效果比LSQR更加稳定,在信噪比达到13.86 dB时,重建精度大约提高30%.阻尼LSQR-LMBC的平均重建误差为6.63%.用丁烷火焰进行了实验,重建的丁烷火焰三维温度场分布符合辐射火焰燃烧的特征,和热电偶的测温数据结果进行对比,相对误差在6.8%左右.

摘要： 本文提出了一种准确测量定子绕组温度的方法:在定子绕组端部安装测温探头,建立了定子三维温度场模型,得到不同环境温度及负荷下定子绕组内部与端部探头的温差,将温差与端部探头数据叠加,即可得到定子绕组内部温度。

摘要： 针对驱动电动闸阀的电机提出的转速低、转矩密度大、工作时间短的要求,以及工作在高温高压特殊环境中的特点,采用短时工作制直驱永磁电机代替低速性能差、转矩小的感应电机,并对电机的基本结构进行了设计。较高的热负荷会使电机温升问题变得突出,因此建立了永磁电机三维瞬态温度场求解模型,通过计算出的电机定子绕组铜耗、定子铁心损耗、永磁体涡流损耗和表面散热系数,得到电机三维瞬态温度场仿真结果。

摘要： 直流蒸汽发生器(OTSG)中存在全流型沸腾换热、两侧耦合换热及结构复杂且尺寸跨度大等特征,使得采用计算流体力学(CFD)与三维精细化建模方法分析包含大规模换热管束的OTSG三维温度场时面临计算难度高、求解效率低和求解稳定性差等问题。本文基于全流型沸腾传热模型与流型判别模型,以印度快堆直流蒸汽发生器测试模型(SGTF)为研究对象,建立了管侧从过冷水到过热蒸汽的一维全流型沸腾传热模型及其与壳侧三维精细化CFD模型的跨尺度耦合求解模型,实现了OTSG每根换热管与壳侧三维流体域的独立耦合,并开展了堵管分析。通过与实验数据的对比分析验证了该方法的有效性。研究结果表明:采用管侧一维全流型沸腾传热模型与壳侧三维CFD模型的跨尺度耦合方法,可准确预测每根换热管全高度上的温度分布及主要传热特征点,能获得不同换热管及管壁之间的温度差,且易于实现堵管分析;跨尺度耦合求解方法避免了直接采用三维多相流模型,大幅提高了OTSG三维温度场的求解效率及稳定性。本文研究为OTSG的设计与安全校核提供了一种高效的三维精细化数值分析方法。

摘要： 在碳中和背景下,燃煤发电机组深度调峰及灵活性运行对炉内三维燃烧状况实时监控提出了迫切要求。总结了燃煤电站锅炉及工业窑炉三维燃烧温度分布监测研究进展。在燃烧火焰辐射成像模型方面,重点介绍了以蒙特卡洛方法为基础建立的方向辐射强度计算的DRESOR法以及近期对DRESOR法的优化,为提高燃烧介质温度的反演精度、同时反演燃烧介质的辐射特性参数分布奠定了基础。三维温度场和辐射参数同时反演问题求解的基本方法为采用Tikhonov正则化方法从多种单色辐射强度图像中重建炉内温度分布,再用最优化方法更新颗粒介质辐射特性,迭代求解。近期,反演重建算法有了新进展,新算法分3个阶段:(1)假设炉内吸收系数、散射系数和炉壁反射率分布均匀,优化求解得到最佳辐射参数及炉内温度分布;(2)在第1阶段基础上,将炉内吸收系数、散射系数设置为空间坐标的二阶多项式拟合分布,壁面仍为均匀反射率,进一步优化迭代计算;(3)在第2阶段计算收敛的基础上,进一步假设炉壁反射率为壁面坐标的二阶多项式分布,再优化迭代计算。依据反演算法最新进展获得了燃烧温度重建误差1%以内的重建结果,并实现了基于辐射参数的炉内煤粉浓度相对分布的重建。炉内三维温度场可视化监测系统在200、300、600 MW燃煤电站锅炉燃烧监控中得到了工业应用,并进一步扩展应用到轧钢厂步进式加热炉、石油化工厂管式加热炉、单火嘴燃烧炉、化工厂裂解炉等燃油或燃气工业窑炉中,应用前景良好。未来需采用机器学习和人工智能理论进一步提升耦合重建问题的求解效率,与炉内工况及热力系统三维实时、动态建模相结合,实现炉内三维工况分布参数(炉内气氛、颗粒物、污染物、炉内热负荷、炉壁热负荷分布等)实时监测及诊断和锅炉水冷壁内水动力、热力系统分布参数建模预测,构建多时间尺度大数据驱动的燃煤发电机组数字孪生系统,为开发智能锅炉/工业窑炉优化控制系统做出贡献。

摘要： 新能源汽车永磁驱动电机(PMDM)功率密度的不断提升对电机散热性能提出了更高的要求,定子绕组绝缘系统的传热特性是控制电机热点温度的主要瓶颈。针对定子齿槽、扁铜线绕组和绝缘材料的尺寸偏差及渍漆填充率对车用扁铜线绕组永磁驱动电机定子槽内绝缘系统传热性能的影响,提出了定子槽内绝缘系统等效导热系数的计算方法,并据此开展了尺寸偏差和工艺参数的参数敏感性分析。采用电磁场、温度场与流体场的耦合分析方法,利用槽内绝缘等效导热系数,研究了绕组损耗分布差异时具有不同导热能力绝缘材料的扁铜线绕组电机不同工况下的温度分布。完成两台110 kW样机的制造及测试。仿真与实验结果的对比分析验证了提出的定子槽内绝缘系统等效导热系数计算方法的准确性。

摘要： 为了提高声学CT复杂温度场重建能力,提出一种基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建算法.利用Markov径向基函数的线性组合逼近被测区域内的声速分布,并使用卡尔曼滤波根据多路径声波飞行时间数据重建出声速分布,进而利用声速与温度的关系得到温度分布.分别采用Markov径向基函数Tikhonov正则化法、最小二乘法和BFAKF算法对4种典型的三维模型温度场进行了无噪声和有噪声仿真数据重建.重建结果表明,B FAKF算法的重建结果优势明显,具有更好的复杂温度场重建能力.

摘要： 玉龙雪山属于海洋型冰川,对全球气候变化敏感,具有重要的生态研究价值.为了获取玉龙雪山地区的地表温度变化情况,提出了一种基于地表三维温度场的定量分析方法.首先,采用高分辨率立体测绘卫星影像构建数字表面模型,作为三维底图参考,并利用多时序热红外卫星影像数据反演地表温度场模型,提供地表温度变化依据;然后,在统一参考坐标系下将数字表面模型和多时序地表温度场模型套合,准确地分析地表温度时空变化情况.试验利用1987年至2018年间同一季节的Landsat卫星遥感影像反演地表温度,结合资源三号卫星立体影像构建的数字表面模型,并采用四阶温度区间分析多时序范围内玉龙雪山地区的地表温度变化情况.试验结果表明玉龙雪山低温区和次低温区面积逐渐减小,减小速度分别为2.096 km2/a和2.662 km2/a,中温区和暖温区面积逐渐增大,增大速度分别为2.902 km2/a和1.703km2/a,玉龙雪山地区的地表温度呈现整体上升的趋势,为全球生态环境变化提供参考.

摘要： 针对三维温度场声学法重建中,由于网格数目有限,边缘温度值无法直接进行重建等问题,本文提出了一种指数SVD法与Kriging模型相结合的重建方法.采用指数SVD法对典型单峰、双峰、四峰模型温度场进行了重建;引入kriging模型对重建温度场进行了内推、外推,验证kriging模型插值精度.结果表明:指数SVD算法和Kriging模型结合的重建温度场重建精度高.将IKriging模型引入到重建温度场的内、外推中为解决重建温度场内部温度细化与边缘温度重建,以及网格剖分数目较少的温度场重建问题,提供了一种有效的手段.

摘要： 本文针对纯吸收性介质采用视在光线法计算某探测方向上探测器接收辐射强度分布作为反问题的输入数据,采用LSQR方法在介质辐射物性参数已知情况下重建介质三维温度分布.在此基础上提出LSQR-PSO混合算法,并应用于同时重建三维温度场及辐射物性参数(吸收系数).计算结果显示,无论有无测量误差存在,利用LSQR方法都可以在已知辐射物性参数的条件下很好地重建出介质的三维温度场;而利用LSQR-PSO混合算法同样可以很好地同时重建出介质的吸收系数及三维温度场.此外,介质的温度场比吸收系数更容易被重建出来,而且在含有测量误差时其重建精度也高于吸收系数的重建精度.

摘要： 本文根据热传导方程和树脂体系固化动力学方程,采用有限单元法,探究建立了针对蜂窝夹层结构复合材料热压工艺过程的三维温度场数值模拟方法.该方法在考虑了蜂窝夹层结构各向异性的基础上,实现了蜂窝夹层结构复合材料成型过程的温度场与蒙皮中固化度分布情况的模拟计算.采用该方法分析了空气对流、封装材料和蜂窝夹芯高度与蒙皮厚度等因素对温度场分布的影响,模拟结果对于分析蜂窝夹层结构热压成型质量提供了依据,对工艺条件优化和成型质量控制具有重要的指导意义.

摘要： 通过统计相关分析检验验证了一个简单的温度参数模型在太平洋海域的较好适用性.进而基于Argo观测资料及WOA09气候态温度数据,采用最大角度法求得此模型的相关参数,并利用高分辨率的卫星遥感海表温度反演了太平洋上层海域空间分辨率为lo xl.的气候态月平均三维温度场.通过与实测资料的比较分析,表明反演结果是较为真实可靠的,可作为海洋数值模式积分的初猜场,并为实现现场观测(如:Argo)与卫星观测的优势互补,构建太平洋海域完整的三维温度分析场提供一种新途径.

摘要： 通过统计相关分析检验验证了一个简单的温度参数模型在太平洋海域的较好适用性.进而基于Argo观测资料及WOA09气候态温度数据,采用最大角度法求得此模型的相关参数,并利用高分辨率的卫星遥感海表温度反演了太平洋上层海域空间分辨率为1°×1°的气候态月平均三维温度场.通过与实测资料的比较分析,表明反演结果是较为真实可靠的,可作为海洋数值模式积分的初猜场,并为实现现场观测(如:Argo)与卫星观测的优势互补,构建太平洋海域完整的三维温度分析场提供一种新途径.

摘要： 随着机组单机容量的不断提高,电机的主要尺寸等不可能随容量同比增长,致使发电机散热强度提高,加剧了发电机的冷却难度.因此,各电机制造厂从提高计算精度、不断优化结构人手,对通风冷却系统及绝缘系统等进行整体优化、创新,寻求解决电机通风冷却的有效方法.以向家坝水轮发电机为例确定了巨型水轮发电机的通风系统结构,进行了通风系统计算并合理限制通风损耗;确定了冷却器结构,进行了正常及非正常情况下的冷却器计算;最后对转子和定子的温度采用有限元法进行了三维温度场计算,确保将发电机的温升控制在合理的范围内.

摘要： 本文利用火焰图像探测器和相应的计算机组成的温度场可视化系统，在热气机上进行了燃烧室三维温度场可视化研究。首先图像采集系统在黑体炉上进行了标定，黑体炉标定后测量系统的最大温度测量误差小于5%。现场检测实验结果表明，高负荷下燃烧室最高温度为2316K，平均温度1598K ；低负荷下最高温度为2202K，平均温度1437K ；高低负荷下燃烧检测温度随热气机功率的变化趋势与热电偶所测燃烧室壁面温度、烟气温度的变化趋势一致。

摘要： 为准确设定铸坯在二冷中的边界条件,将边界条件区分为二冷水、辐射、对流、辊子换热条件,并考虑拉坯方向的传热对铸坯温度的影响.根据三维有限体积温度场数值计算理论,CCTEC提出使用计算铸坯表面温度直接控制二冷动态配水模型.通过该模型在实际生产中的应用,完全能够满足实际生产要求,降低铸坯表面温度的波动.

摘要： 以某一实际在研的全封闭式牵引电机为研究对象，根据其通风结构和传热特点，结合经典流体力学和传热学理论对电机内外循环结构进行合理的简化，建立了简化的牵引电机三维流-固耦合有限元模型。利用FLUENT对此模型进行有限元计算，得到电机定/转子温度场分布及局部最高温升，为全封闭式牵引电机的设计提供重要理论依据。

摘要： 本文首次应用有限元线法空间单元对三维温度场进行分析.以矩形直条单元为例,简要的叙述了有限元线法三维空间单元对温度场分析的理论基础,并应用最小位能原理推导出矩形直条单元的常微分方程组和对应的边界条件.同时介绍了有限元线法温度场分析专用程序TFEMOL的特点和功能,最后用算例对其正确性进行检验.

摘要： 一种基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法，对磷光粒子进行温度和衰减时间的校准，获得该磷光粒子衰减时间和温度的精确关系；利用单光场相机获取待测流场中磷光粒子的时序粒子光场图像；预处理时序粒子光场图像，去除背景噪声；对时序粒子光场图像进行重构，获得时序三维粒子图像；对三维粒子图像进行互相关计算，获得三维流场速度场分布；对时序三维粒子图像进行衰减时间计算，并通过校准后的磷光粒子衰减时间和温度的精确关系获得对应的温度信息，获得三维流场温度场分布；对三维流场温度场和速度场分别进行后处理，对速度场和温度场结果进行修正。本发明同时测量三维流场的速度和温度分布，领先于世界先进水平。

摘要： 一种基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法，对磷光粒子进行温度和衰减时间的校准，获得该磷光粒子衰减时间和温度的精确关系；利用单光场相机获取待测流场中磷光粒子的时序粒子光场图像；预处理时序粒子光场图像，去除背景噪声；对时序粒子光场图像进行重构，获得时序三维粒子图像；对三维粒子图像进行互相关计算，获得三维流场速度场分布；对时序三维粒子图像进行衰减时间计算，并通过校准后的磷光粒子衰减时间和温度的精确关系获得对应的温度信息，获得三维流场温度场分布；对三维流场温度场和速度场分别进行后处理，对速度场和温度场结果进行修正。本发明同时测量三维流场的速度和温度分布，领先于世界先进水平。

摘要： 本实用新型公开了一种模拟三维渗流场的温度场实验装置，其涉及油田开发领域，该模拟三维渗流场的温度场实验装置包括：用于隔离的箱体；设置在箱体中的加热机构，加热机构包括加热管和支撑加热管的支撑件；沿加热管的轴线方向设置的第一固定棒和第二固定棒，第一固定棒和第二固定棒的相对称的不同位置处连接有至少一个的连接支架，连接支架上按照预设规则设置有多个温度传感器。本申请中的模拟三维渗流场的温度场实验装置能够通过传热方法来模拟油井三维空间渗流场，从而能模拟和研究直井或者水平井开采油气藏时的压力场的形状与分布，获取不同位置的压力或者渗流速度的变化，描述流体的运动状态。

摘要： 本发明公开了一种基于光场分层成像技术的火焰三维温度场测量方法系统及其方法。本系统包括一个精密光学平台及滑轨；一台光场相机，用于获取火焰的四维光场信息；一台计算机，用于储存信息和计算分析。本发明利用光场相机获取三维火焰光场信息，通过进行数字重聚焦处理及图像做反卷积处理，得到每个分层上的火焰辐射强度值，进而获得火焰的温度分布。本发明的测量系统一次拍照即可获取各个聚焦平面的信息，无需变焦或改变相机位置，对于时刻变化的火焰，可以实现高时间精度的光学非接触式测量。

摘要： 本发明公开了一种基于光场重聚焦的半透明火焰三维温度场测量方法，包括以下步骤：步骤一、获取火焰的原始光场图像；步骤二、根据步骤一获取的原始光场图像，获得光场图像的透射辐射源项；步骤三、根据步骤二获得的透射辐射源项，获得光场图像的获得广义辐射源项分布；步骤四、根据步骤三获取的广义辐射源项分布得到火焰三维温度场分布。本发明方法引入光场重聚焦方法对半透明物体进行成像，并且考虑了火焰的吸收和散射特点对光线的影响，可以实现利用单个光场相机，快速、高分辨率、高精度的重建出半透明火焰三维温度场。

摘要： 本发明公开了一种双光场相机火焰三维温度场重建方法，包括如下步骤：对光场图像预处理，使光场图像中的火焰区域变成连通区域；根据预处理后的光场图像，建立覆盖火焰连通区域的圆柱形介质模型；根据建立的圆柱形介质模型和预处理后的光场图像，进行火焰三维轮廓提取；对三维轮廓内的网格进行计算，最终得到三维温度场。本发明在三维温度场重建过程中，只需对火焰内部的网格进行计算，极大的提高了三维温度场的重建分辨率，计算时间和计算资源也大大减少。本发明提供的方法自动化程度高，直接对拍摄的光场图像进行操作，无需预设模板，可为利用辐射成像法测量多峰复杂火焰的三维温度场提供技术基础。

摘要： 本发明公开了一种基于光场重聚焦的半透明火焰三维温度场测量方法，包括以下步骤：步骤一、获取火焰的原始光场图像；步骤二、根据步骤一获取的原始光场图像，获得光场图像的透射辐射源项；步骤三、根据步骤二获得的透射辐射源项，获得光场图像的获得广义辐射源项分布；步骤四、根据步骤三获取的广义辐射源项分布得到火焰三维温度场分布。本发明方法引入光场重聚焦方法对半透明物体进行成像，并且考虑了火焰的吸收和散射特点对光线的影响，可以实现利用单个光场相机，快速、高分辨率、高精度的重建出半透明火焰三维温度场。

摘要： 本发明公开了一种基于光场分层成像技术的火焰三维温度场测量方法系统及其方法。本系统包括一个精密光学平台及滑轨；一台光场相机，用于获取火焰的四维光场信息；一台计算机，用于储存信息和计算分析。本发明利用光场相机获取三维火焰光场信息，通过进行数字重聚焦处理及图像做反卷积处理，得到每个分层上的火焰辐射强度值，进而获得火焰的温度分布。本发明的测量系统一次拍照即可获取各个聚焦平面的信息，无需变焦或改变相机位置，对于时刻变化的火焰，可以实现高时间精度的光学非接触式测量。

摘要： 本发明涉及一种爆震火焰温度测量系统及三维温度场的重建方法，利用一定数量声学传感器和扬声器对相同位置处的爆震燃烧室温度场进行测量。对数据进行分析处理，然后利用互相关技术在信噪比低的情况下仍然能够得到准确的时延估计。针对燃烧室环境混响干扰，研究基于倒谱处理的相关算法，提高时延估计精度。再在MATLAB中利用基于LSQR算法(Least Squares QR‑Decomposition)的区域离散法重建脉冲爆震发动机燃烧室内的温度场。

摘要： 本申请提供一种冷热壁转换过程中三维温度场动态分布计算方法：以所述冷热壁的特征参数构建冷热壁仿真模型，所述特征参数至少包括：物理尺寸、几何形状；赋予所述冷热壁仿真模型以固体传热物理场和材料属性；以所述仿真模型，获得三维计算网格模型；预设所述三维计算网格模型的初始条件和冷壁边界条件；构建所述三维计算网格模型的转换模型，所述转换模型的输入是初始条件和冷壁边界条件；所述转换模型的输出是热壁边界条件；以热壁边界条件更新所述三维计算网格模型，得到三维热壁温度场动态分布；本发明将冷壁的条件输入至仿真模型中，输出的是转换后的更加接近于实际的热壁的温度场，转换方式简单，有效增加了仿真模型的准确性和可靠性。