【摘要】：燃燒廣泛存在于冶金、航空航天和鋼鐵等工業(yè)生產過程中,火焰溫度是探究燃燒過程的重要參數(shù),進行火焰溫度測量,無論對燃燒過程的理論基礎性研究,還是為開發(fā)設計新的燃燒設備以及對于研究燃燒經(jīng)濟性、清潔性、安全性和穩(wěn)定性等都具有重要的意義和應用價值。本文針對目前火焰溫度測量系統(tǒng)及方法在模型精確性和工業(yè)適用性等方面的不足,提出了一種基于光場成像的火焰三維溫度場測量方法,開展了光場相機標定與溫度場重建技術研究。耦合光場成像與火焰輻射傳輸模型,建立了火焰輻射光場成像數(shù)學模型,介紹了輻射傳輸方程求解算法(LSQR算法和Tikhonov正則化算法)的基本原理,并針對實際火焰吸收系數(shù)未知的問題,提出了一種可以同時重建火焰溫度和吸收系數(shù)的Tikhonov-LMBC混合算法。進行了光場成像火焰三維溫度場重建問題求解的數(shù)值模擬,結果表明Tikhonov正則化算法重建結果優(yōu)于LSQR且具有更好的穩(wěn)定性�；鹧鏈囟戎亟ńY果最大相對誤差在3%以內,吸收系數(shù)重建結果最大相對誤差在2.5%以內。證明了Tikhonov-LMBC混合算法可以同時重建火焰溫度和吸收系數(shù),且具有較好的精確性和魯棒性。針對傳統(tǒng)相機標定方法的不足,提出了一種聚焦光場相機的幾何參數(shù)標定方法,建立了基于原始光場圖像的聚焦光場相機標定模型,利用Levenberg-Marquardt算法求解標定模型,進一步結合光場相機F數(shù)匹配特性計算了待標定參數(shù)值。為了驗證所提標定方法的精確性,利用Raytrix R29型相機開展了實驗研究,并將標定結果與利用全聚焦圖像得到的標定結果進行了對比。結果表明原始光場圖像和全聚焦圖像虛擬像點的重投影誤差分別在17個和13個像素以內,原始光場圖像像點的重投影誤差在3個像素以內,證明了提出的聚焦光場相機標定方法的可行性和可靠性。利用黑體爐開展了聚焦光場相機成像探測器輻射強度標定研究,針對子圖像選取了有效的標定區(qū)域以消除漸暈效應的影響,得到了三通道(R、G、B)輻射強度值與灰度值之間的擬合關系,同時利用同流燃燒器和光場成像火焰三維溫度場測量系統(tǒng),開展了非對稱乙烯層流擴散火焰實驗研究,利用熱電偶對Tikhonov-LMBC混合算法重建結果進行了驗證。結果表明:火焰溫度重建結果與熱電偶溫度測量結果吻合較好,兩種測量結果最大相差187.6 K,證明了利用Tikhonov-LMBC混合算法進行光場成像火焰三維溫度場重建的可行性和可靠性。
【圖文】：

圖 1-1 火焰溫度測量方法1.2.1 接觸式測溫法接觸式測溫法需要將測溫元件與被測目標直接接觸，根據(jù)熱平衡原理，當敏感的測溫件通過熱量傳遞與被測目標達到熱平衡時，就可以認為測溫元件與被測目標具有相同的溫目前，接觸式測溫法包含熱電式測溫法（如 P-N 結溫度計和熱電偶）、熱電阻式測溫法（括半導體熱敏電阻溫度計和金屬熱電阻溫度計）和膨脹式測溫法（包括壓力式溫度計、固和液體膨脹式溫度計）。熱電阻式測溫法和膨脹式測溫法不受火焰黑度及熱物性參數(shù)等其他因素的影響，對環(huán)要求不高，具有操作簡單、經(jīng)濟實用等優(yōu)點，然而這兩種方法測溫元件較大且無法用于高火焰溫度測量。熱電偶測溫法是一種發(fā)展較早且簡單成熟有效的火焰測溫方法，具有測溫件體積小，測量可靠的優(yōu)點。目前，在國內外火焰溫度測量中仍有較多應用，例如盧晶等[使用熱電偶進行了乙烯非預混火焰的煙黑的容積份額和溫度場分布測量；蔣利橋等[14]使絲徑為 50μm 的熱電偶進行了預混甲烷火焰的溫度場測量；Nadir Yilmaz 等[15]研究了熱電用于動態(tài)火焰的溫度場測量。然而，熱電偶測溫法也存在一些無法避免的缺點：（1）在實燃燒過程中，某點火焰的溫度隨時間不斷變化，而熱電偶具有一定的熱容，因此在測量過中會有一定的滯后時間，不能及時地反映火焰的真實溫度，尤其是在著火和熄火溫度變化烈階段[16]。（2）熱電偶與被測火焰的接觸會影響火焰的溫度場分布。（3）由于受到熱電

置圖（引自文獻[40]） （b）測量原理示意圖 1-1 基于光學層析的雙色法火焰三維溫度場測量基本原理是利用迭代重建和代數(shù)重建聯(lián)合算法和的投影圖像，重建火焰各橫截面的灰度分布，然后研究工作使得雙色法測溫的適用性和精確性得到型，如圖 1-2 所示，其投影模型滿足下式，，( ), deg x y s輻射強度分布函數(shù)，其大小滿足式（1.2），(θ, t)
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK311

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