基于液体变焦透镜的光学分层成像火焰三维温度测量方法研究

发布时间：2018-05-10 16:48

本文选题：光学分层成像 + 液体变焦透镜　；参考：《东南大学》2016年硕士论文

【摘要】：温度是燃烧火焰众多参数中重要的参数之一。研究燃烧过程中火焰内部各点温度变化,有助于了解燃烧过程的物理化学变化,揭示燃烧现象的本质和燃烧过程的规律,也有助于燃烧设备的工程设计改进和运行优化,最终对能源的高效利用和污染物的超低排放产生重大意义。本文在分析各种传统火焰三维温度分布测量方法的基础上,提出了一种基于液体变焦透镜的光学分层成像法测量火焰的三维温度分布。首先介绍了光学成像系统的相关概念,在此基础上阐述了光学分层成像法的基本原理。然后介绍了液体变焦镜头的工作原理和结构,由于液体透镜变焦迅速,满足实时成像的要求,将液体变焦镜头引入光学分层成像测量系统,实现瞬态火焰三维温度场的测量。提出改进的矩阵模型,将分层成像系统中物像间的矩阵卷积关系转化为线性代数方程组,并采用带约束的Van Citter迭代法解线性方程组,反演三维物体各层原始亮度分布。在计算机中进行了图像复原的模拟实验,结果证明了分层成像测量方法的有效性。针对光学分层成像系统的标定问题,搭建了分层成像系统的标定实验台。首先在标定实验台上,通过拍摄标定板的一系列图像,以熵函数为图像清晰度评价函数,对成像系统各焦平面位置与液体变焦镜头工作电压之间的关系进行了标定。其次,以高斯函数为离焦模型,采用刃边法对光学系统的点扩散函数进行了标定。再次,采用黑体炉对CCD进行了标定,建立了图像灰度与辐射强度之间的关系。最后,搭建了分层成像系统的测温实验台。将火焰沿垂直于相机主光轴平面的方向分为4层,每层厚度2 mm。对三个工况条件下的燃烧火焰分层成像,重建了火焰的三维温度分布。实验结果表明,沿火焰高度方向,由于燃烧的程度不同,温度先上升再逐渐下降；沿火焰径向,存在明显的燃烧区,燃烧区上,反应剧烈,温度最高,而由于燃烧区以内缺少空气,燃烧区以外缺少燃料,温度逐渐降低。不同工况下,火焰高温区域的高度随燃料和空气流速的增加而上升。
[Abstract]:Based on the analysis of three - dimensional temperature distribution method , the paper introduces the principle and structure of the optical layered imaging system . Based on the analysis of the three - dimensional temperature distribution method , the paper describes the principle and structure of the optical layered imaging system .
Along the radial direction of the flame , there are obvious combustion zone , the combustion zone , the reaction is severe , the temperature is the highest , and because of the lack of air inside the burning zone , there is a lack of fuel in the combustion zone , the temperature gradually decreases . Under different working conditions , the height of the flame high - temperature region rises with the increase of the fuel and air flow rate .

【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74;TH811

【参考文献】