第四章-非接触式测量技术.ppt

截面温度场求解模型 为了减少计算量，加快温度场计算时间，将三维问题转化到二维问题 每层燃烧器的四个CCD获得的图像用于计算该层的截面温度场 不采用Monte Carlo计算方法 光学模型简化 虚假物面上的点并不是光源，由该点向光学镜头入瞳所发射的光线，是该点之前和该点之后的弥散介质空间中在孔径角U内所有通过这点的光线总和 D U L S O d θ 物面 靶面 孔径角U计算公式 从虚假物面上出发的辐射对镜头所成的角度，即孔径角U的值在0.16°~0.36°之间，即使炉膛深度S达10m，对光束影响的范围D在0.06m以内。故可以把这些的辐射束简化为一条通过光学系统中心O点的射线 镜头 CCD 靶面 P1 → PN PN+1 → P2N P3N+1 → P4N P2N+1 → P3N 物面 截面温度场计算中射线与CCD像素间的对应关系 辐射传递方程的简化 对于在炉内大部分区域，文献[3]中认为对散射的忽略会产生不超过7％的计算误差，因此辐射传递方程可简化为： [3]J.D.Felsk, C.L.Tien, et al. Calculation of the Emissivity of Luminous Flames, Combustion Science and Technology. 1973. 7: 25～31 验证 不对称因子 重建方程 沿射线的辐射强度累计值 将辐射传递方程在网格内积分 简化表示为： i为网格序数(i =1,2,…,m)，m为沿第j条射线的网格数，j为分立射线的序数 试验台搭建 * 彩色CCD标定 标定系统 彩色CCD标定 彩色CCD摄像机和红外热像仪图片对比 彩色CCD标定 彩色CCD摄像机和红外热像仪图片对比 彩色CCD摄像机和红外热像仪图片对比 彩色CCD标定 CCD标定结果 GR BR BG 实验系统 现场应用的简化模型 a)忽略散射 b) 热力学平衡 c)忽略背景入射辐射 离散化 现场应用一(300MW煤粉炉温度分布) 现场应用二(330MW煤粉炉温度分布) 现场应用三(焚烧系统) 回转式焚烧系统内温度场在线测量——截面温度分布 与热电偶的 比较 与热像仪的 比较 谢谢大家！ * * * * * * 基于介质发射辐射的非接触式温度分布测量 医学X射线CT 投影 空间点 火焰 CCD 基于火焰图像的温度场测量方法，与医学CT的区别： 火焰自身发射代替外加光源 有限数目探测器代替光源的旋转 温度场重建的难点 炉膛尺寸大，环境恶劣，传统的接触式点温度测量无法获得炉内温度的场分布 炉内弥散介质种类多，辐射传递过程复杂 温度与颗粒浓度耦合，必须综合考虑 对于运用于燃烧优化的温度场测量，还必须考虑计算的速度，使系统尽可能快地响应 介质发射辐射的传递模型 S’方向 吸收和向外散射 发射 从其他各方向进入的散射 对辐射的增加 S方向进入的辐射 从其他各方向进入的散射 向外散射 气体和颗粒的吸收 从其他各方向进入的散射 对S方向辐射的增加 自身发射 S方向出射的辐射 体元 CO2 CO CCD响应波长 NO 气体的吸收系数 序号 气体 特征波长(um) 1 CO 2.01， 2.69， 2.77， 4.26， 15.00 2 NO 0.24， 5.34 3 NO2 0.4695， 4.50， 6.18， 15.43 4 CH4 1.14， 1.16， 1.66， 2.37， 3.39 5 C2H2 1.04， 3.04， 7.53， 13.37 6 C3H8 1.68 7 NH3 1.98， 2.23， 3.00， 6.14 8 CH 0.314， 0.390， 0.430 9 C2 0.517 SO2 在测量中涉及到的可见光区，大部分的气体均可视为“透明体” 颗粒辐射特性计算 采用Mie理论计算颗粒辐射特性 煤燃烧过程中不同的颗粒 粒子 体积浓度范围 直径 可见光范围内尺寸系数 碳粒 2×10-5~5×10-4 10~250um 40~2000 飞灰 2×10-6~3×10-5 5-100um，主要集中在10um附近 20~785 吸收效率因子 散射效率因子 可见光 可见光 颗粒辐射特性计算方法 三维温度场重建模型 被吸收 到达边界 i CCD 1. 在弥散介质内的辐射传递过程 2. 光学成像过程 被气体和颗粒吸收 被颗粒散射 Monte Carlo 方法 CCD 成像光学模型 A 进入CCD Monte Carlo 算例 W=2m, L=5m, H=3m的具有冷、黑内壁的长方体，包含着三维非均匀介质。介质包含：氮气和二氧化碳的混合气体，浓度变化的碳粒 总体混合物的压力为1atm，二氧化碳的体积分数为21%，碳粒直径为30微米 温度分