热辐射成像法测量大型炉膛内三维温度场的算法新进展

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。

基于深度学习与热辐射成像耦合的炉内温度场在线测量

利用热辐射成像模型计算训练数据,基于多层感知器(MLP)神经网络重建炉膛温度场,以某300MW锅炉为例进行在线测量实验,并通过机组调峰分析了燃料量和风量对温度的影响。结果表明:MLP神经网络对不同温度场重建结果的最大相对误差小于2%,添加噪声后最大相对误差也小于4%,其具有较好的泛化能力、预测能力和抗噪能力;炉内温度的升高趋势明显快于负荷,且风量对机组负荷的影响更大;所提出的耦合深度学习与热辐射成像的炉内温度场在线测量系统在提升煤电机组的灵活调峰能力方面具有较好的应用潜力。

基于自发辐射分析的高碱煤燃烧炉内在线监测技术研究进展

准东煤等高碱煤在新疆地区储量巨大,但其富含的碱金属元素极易导致炉膛受热面沾污、结渣等问题,会影响锅炉运行的安全性,研发高碱煤高效清洁燃烧发电技术对实现“双碳”目标有重要意义。总结了基于自发辐射分析的高碱煤燃烧炉内在线监测技术的研究进展,重点介绍了发射光谱技术、自发辐射图像处理及成像技术在高碱煤燃烧监测领域的研究现状及应用情况,进而对其发展趋势和动态进行探讨。发射光谱技术通过对火焰发出的不同波长光谱辐射信号进行处理获取温度与组分,近期,已广泛用于测量工业炉膛燃烧火焰温度和气相碱金属质量浓度,并基于此对炉内结渣趋势进行定性判断。自发辐射图像处理及成像技术具备信号空间分布的解析能力,利用CCD、CMOS等面阵传感器获取炉内自发辐射图像,基于图像处理与热辐射成像原理,结合辐射反问题求解方法,可以获得燃烧场在三维空间的温度分布以及二维壁温分布,使结渣的三维可视化监测成为可能。未来需基于发射光谱技术、自发辐射图像处理及成像技术对二维或者三维的受热面结渣沾污进行监测,结合炉内燃烧温度与气相碱金属质量浓度等参数分布,建立高碱煤燃烧受热面结渣沾污的定量判断指标,最终达到对受热面结渣沾污在线预测的目标。

热辐射扫描成像系统的实验研究

本文介绍一种最新研制的适合于基础物理实验的热辐射与红外扫描成像实验仪 ,利用它测量了有狭缝铝表面样品的红外图像 ,并与理论模拟的图像以及样品的实际值进行了比较。

基于自发辐射分析的被动式燃烧诊断技术研究进展

被动式燃烧诊断技术是利用火焰自发射辐射信息进行燃烧诊断的一项技术,具有非接触、对环境要求不高、系统紧凑、易于实施等特点,在燃烧场在线测量及诊断中具有独特优势。首先,分析了各类燃烧诊断技术的优势及局限;其次,结合华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开展的被动式燃烧测量诊断研究工作,从火焰发射光谱、火焰图像处理、热辐射成像技术三个方面介绍了自发辐射燃烧诊断技术的基本原理及研究现状,利用这三种技术,可实现燃烧状态定性分析以及燃烧流场中温度、组分体积分数等燃烧关键信息的定量计算;最后,指出了自发辐射燃烧诊断技术的发展趋势,即:获得更丰富的检测信号、更高的检测分辨率和精度以及更多的检测结果。

光子中医信息疗法肿瘤术后康复的治疗效应

目的:光子中医信息疗法是融入中医信息调制技术的一种新疗法,本文研究了利用该疗法进行术后康复的可行性。方法:光子中医信息疗法治疗前后,采用热辐射断层扫描成像(TTM)系统,进行机体的热辐射状况观测对比试验。结果:试验表明光子中医信息疗法具有即时双向调节血液循环和机体代谢的作用,可调节免疫功能和内分泌功能,实施中医经络辨证施治的治则,具有泻实补虚、平衡阴阳的功效。结论:光子中医信息疗法对肿瘤术后康复具有整体治疗效应。

火星“奥德赛”探测器走上正轨

美国当地时间2001年10月23日深夜(北京时间10月24日上午11时),加利弗尼亚帕萨迪纳,美国航宇局“喷气推进实验室”内的空气凝固了,屋里的人或者目不转睛地盯着控制台上暗绿色的荧光屏,或者死死地盯着墙上的投影大屏幕,大家的耳朵全都竖了起来,生怕漏过了从那遥远的星空传来的天籁之音。当实验室的广播传出一个兴奋的声音:“