一种基于TDLAS的高分辨率二维温度场重建算法及数值仿真

发展了一种基于TDLAS正交光路的二维燃烧场温度重建算法,为了评价该重建方法,数值仿真了2 N(N≥3)条视线(Light-of-sight,LOS)测量路径呈N×N均匀排布时对两种不同的温度场的二维重建结果,并定义了最大偏差和平均偏差两个物理量来描述N值对重建结果的影响。结果表明,对于对称的单峰非均匀温度场,重建的温度场最大偏差在50K(2.5%)以内,最大偏差随N的奇偶而波动,其总体趋势随N增大而减小;平均偏差随着N的增大而减小,N≥9时最大偏差和平均偏差的改善均已不明显;对于双峰温度场,用该方法二维重建的结果最大偏差超过350K(15.2%),平均偏差大于0.03,并出现严重失真,此时可通过额外布置斜穿待测场的测量路径来改善测量结果。研究结果对实际的二维测量系统的搭建和应用有指导意义。

光线分布对基于TDLAS温度场二维重建的影响

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术采用代数迭代算法实现燃烧场温度二维重建。在有限入射光线数目下为获得最佳重建结果,研究了扇形光束和平行光束分布下光线数目、网格数目对温度场重建结果的影响规律。提出虚拟光线方法,通过在相邻光线间增加虚拟光线,减小网格间距以增加网格数目,满足在光线数目较少情况下,实现了较为细致的二维温度场重建。计算结果表明当光线间距与网格间距比在0.6~1范围内时,重建温度场相对均方误差最小。在相同入射光线数目情况下,虚拟光线法可以有效降低重建温度场相对均方误差,提高重建二维温度场精确度。

基于TDLAS的二维温度场分布反演软件设计

可视化的二维温度场分布反演软件对温度场重建分布起到了重要的作用.基于可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,结合代数迭代算法(algebraic reconstruction technique,ART)和Python设计语言,在读取两组积分吸光度的基础上,设计了二维温度场分布的可视化软件.结合激光吸收光谱技术和计算机断层扫描方法,封装了二维温度场重建的算法.在此基础上,添加可视化的操作界面,实现二维温度场重建的原始分布和插值后的分布。针对高斯分布的重建,与原始分布进行比较,结果显示,中心区域温度值较高,边缘较小。结果表明,ART算法和TDLAS技术的结合能够很好地实现二维温度场的反演,克服了TDLAS视线测量的缺陷。

温度场二维重建非规则光线分布优化

基于激光吸收光谱技术和代数迭代算法,在非规则光线分布条件下,实现温度场二维重建。通过计算重建区域所有网格穿过光线数目的权重因子,得到优化的非规则光线分布方式,提高了温度场重建精度。数值仿真结果表明,采用优化的非规则光线分布温度场重建结果相对原始模型偏差在15%以内,优于未优化光线分布得到的结果;随着发射数目的增加,投影光线数目增多,不同离散网格数目下,重建质量均提高;在相同光线数目条件下,非规则光线分布重建结果优于平行投影重建结果。实验中采用时分复用技术,在1kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线7205.25cm-1和7416.05cm-1,通过实验对比优化与非优化光线分布和多发射端重建结果,数值模拟结果与实验结果相一致,验证了光线分布优化方法的正确性。

基于激光吸收光谱技术的燃烧场气体温度和浓度二维分布重建研究

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和代数迭代算法(ART)实现燃烧场温度和浓度二维分布重建.采用时分复用技术,在1kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线,7205.25和7416.05cm1,对温度分布在300—1100K范围内的气体温度场进行了重建.研究了投影角度和投影光线数目对温度场和浓度场重建结果的影响,并将温度场重建结果与热电偶测量结果进行比较,结果表明,采用四个投影方向时,温度场重建结果与热电偶测量结果除中心低温区域外基本符合.当光线数目减少时,通过在两条光线间增加虚拟光线,代入到迭代算法中,增加光线数目,提高了温度场和浓度场的重建效果.但此方法受到燃烧场温度梯度大小的影响,即在两条光线之间气体温度梯度较大,增加虚拟光线提高温度场重建效果不明显.