泡沫陶瓷内火焰分布的ECT可视化研究

本文运用电容层析成像(ECT)方法,以非侵入的方式,对多孔介质燃烧中的火焰分布进行可视化测量.针对高孔隙率泡沫陶瓷(8PPI)的孔隙结构特点,提出了一种"十字架形"几何结构模型,用丁泡沫型多孔介质内甲烷-空气预混燃烧的二维数值模拟.ECT成像结果与数值模拟结果吻合,显示了两个不同学科信息的融合性和互验性.     

小尺度多孔介质燃烧室中火焰分布的电容层析成像测量

电容层析成像(ECT)是一项极具应用前景的过程成像测量技术,该技术具有非侵入、响应快、系统简单等诸多优点。本文成功地将ECT应用于小尺度多孔介质燃烧室中着火、熄火、不稳定燃烧等过程的参数分布检测,检测结果为微燃烧研究提供了重要的依据,同时验证了小尺度燃烧空间中填加多孔介质能显著提高燃烧效率及燃烧稳定性的特点。本文对火焰的介电特性进行了探讨,提出了火焰复等效介电系数模型,给出了火焰复等效介电系数与燃烧场宏观物理量之间定性关系,填补了ECT对火焰感应机理未知的空白。     

多孔介质中燃烧火焰的ECT成像研究

本研究分析了火焰中电离现像对电容法火焰测量的作用.对电容层析成像方法进行了分析,确定了适合火焰检测的成像算法.利用电容层析成像对多孔介质中的燃烧火焰进行了可视化测量.结果表明该方法可行.多孔介质中单个火焰在任何位置都能被成像,两个以及较大区域的火焰也能被区分.     

多孔介质中液体喷雾燃烧的实验研究

本文通过自行研制的多孔介质燃烧实验系统,研究了液体燃料在热多孔介质中的燃烧可行性及其燃烧特性.燃烧系统包括燃烧室、供气系统、供油系统和测量系统等,该系统分别以气体和液体作为燃料,先通过多孔介质内的预混合燃烧对多孔介质固相进行预热,然后喷入液体燃料,实现燃烧,实验证实了液体燃料在热多孔介质内汽化及自维持燃烧的可行性,并讨论了空气量和喷油量等对燃烧室温度的影响.     

双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟

对双层多孔介质燃烧器内丙烷/空气预混燃烧进行实验和数值研究.实验对多孔介质燃烧器内固体温度场分布进行测量分析;数值计算利用商业软件FLUENT6.2,通过添加用户自定义标量方程和用户自定义函数,对有壁面散热的双层多孔介质内预混燃烧进行了二维模拟,并与实验结果进行了比较.结果表明,双层多孔介质燃烧器具有良好的稳定燃烧范围和较低的污染物排放;壁面散热对多孔介质燃烧的影响不可忽视.     

渐变型多孔介质中燃气燃烧特性试验研究

试验研究预混燃气在渐变型多孔介质(GVPM)中的燃烧特性,包括在渐变型多孔介质中的温度场、火焰移动、CO和NOx生成、燃烧稳定性及多孔介质孔径结构对燃烧特性的影响规律。研究结果与几种均匀型多孔介质(HPM)中的燃烧特性进行比较,发现渐变型多孔介质中的燃烧有如下优点:均匀的温度分布、较低污染物排放、高燃烧速率、高稳定性、宽燃烧极限和较大的负荷调节范围。     

三维燃烧介质和壁面温度的非接触联合重建研究

温度分布在线实时测量对于燃烧过程优化和污染物控制具有重要意义, 针对以往非接触三维温度分布重建过程的耗时性问题和忽略壁面辐射的不足, 本文提出了一种新的离散重建模型, 用于三维吸收、 发射和散射性高温燃烧介质以及壁面温度的快速联合非接触测量. 该模型以四个CCD(Charge Coupled Device) 为测量传感器, 通过构建辐射逆问题求解方程, 从CCD输出的辐射投影图像重建温度分布. 介质中不同投影方向内的辐射传递过程通过离散传递法来描述, 介质的散射和壁面反射则通过离散坐标法来近似. 离散后计算局部辐射强度的病态方程通过最小二乘余量法来求解, 论文对其计算速度进行了优化. 通过非对称温度分布测量算例分析了该模型的有效性, 讨论了测量噪音、 介质和壁面辐射特性对重建精度的影响, 并与其他方法对比分析了模型的重建速度. 计算结果表明本文提出的离散模型可以有效地用于大型高温燃烧介质和壁面温度分布的联合非接触测量. 即使在有噪声的情况下, 该模型也能获得准确的测量结果, 与其他计算方法相比, 采用改进的最小二乘余量法, 能有效地提高温度分布的重建计算速度.     

多孔介质燃烧室内湍流气液两相流的数值研究

以多孔介质发动机为背景,用数值模拟方法考察气缸内加入多孔介质蓄热体后对燃烧室内湍流流场及混合气形成的影响.建立了多孔介质随机结构的简化模型,把多孔介质视为随机分布的大量固相单元的集合.在多孔介质区域引入了Antohe和Lage提出的双方程κ-ε湍流模型.为研究喷雾液滴与多孔介质的高温壁面碰撞,引入新的喷雾模型.在模型中考虑了液滴的破碎、碰撞和合并,并且描述了喷雾和多孔介质壁面之间的相互作用.针对燃油喷雾在不同结构多孔介质内流场进行了数值计算.计算表明,喷雾与多孔介质相互作用对燃烧室内燃油液滴的蒸发、混合气的形成过程和均匀化具有重要的影响.     

堆积床内甲烷/空气预混燃烧的理论分析

在多孔介质内组织预混燃烧,燃气与多孔介质有强烈的换热作用,燃烧过程伴随着化学反应和热输运的强烈耦合。本文以惰性氧化铝球堆积床内的甲烷/空气预混燃烧为例,提出解析模型,对燃烧过程进行理论分析,给出温度分布的解析解,发现了超绝热火焰温度燃烧现象。     

堆积床内非驻定过滤燃烧的一维研究

多孔介质内气体过滤燃烧不同于自由流中燃烧,燃气与多孔介质强烈换热.热波波速和燃烧波波速是燃烧过程的特征参数.以惰性堆积床内的甲烷/空气的低速过滤燃烧为例,提出一维解析模型,用摄动理论推导出燃烧波波速,用直接求解方法和格林函数方法给出充分发展后的和瞬态的燃烧温度分布,并进行计算验证.     

一种基于电势分布的电容成像敏感分布计算方法

系统分析了电容成像(Electrical capacitance tomography,简称ECT)系统敏感分布和电势分布的关系,统一了计算公式,该目的简单且计算量小.仿真表明,采用该目的计算的ECT敏感分布,与采用定义计算的结果吻合.     

Three-phase flow pattern recognition in horizontal pipelines using electrical capacitance tomography

An experimental study was performed to evaluate the suitability of using an electrical capacitance tomography (ECT) system to visualise three component mixtures of crude oil, water and gas. The performance of the ECT system was examined over a range of three-phase flow conditions and regimes. The flow visualisations from the tomography system were compared with the images filmed using a CCD camera aligned with a Perspex pipe section. Results indicated that ECT was most successful in flow pattern identification for low water fraction flows. However, slug and stratified regimes could be identified for high water fraction flows. A critical factor in the quality and reliability of the generated image was the image reconstruction scheme used.     

Potential measurement in ECT system

Potential measurement can be applied to electrical capacitance tomography (ECT) systems. However, the relationship between potential and the capacitance is not well understood. This paper reveals that a potential is dependent on the capacitance ratio for a given excitation voltage, independent of capacitance themselves. The conditions for using this method are discussed. Finally, image reconstruction based on the Generic Algorithm for Electrical Capacitance Tomography (GA-ECT) is implemented satisfactorily for square and circular sensors respectively.     

Using Regularization Methods for Image Reconstruction of Electrical Capacitance Tomography

Image reconstruction of electrical capacitance tomography (ECT) is a typical inverse problem owing to non‐linearity and ill‐posedness. At the same time, progress towards the solution of this kind of problem has been made at good speed as a branch of mathematics in the past three decades. In this paper, most of the regularization tools developed for the inverse problem are applied to the reconstruction of various simulated images by ECT. The results show promise for ECT image reconstruction by regularization methods. The non‐linearity of the sensitivity matrix seems to be the major problem.     

Analysis of the effect of stray capacitance on a charge/discharge-based electrical capacitance tomography system

The measurement circuit of electrical capacitance tomography (ECT) system mainly includes CMOS switches, C/V conversion circuit and Data processing circuit. In order to improve the image reconstruction quality, conversion circuit is very necessary to the small capacitance measurement circuit. A charge/discharge measurement circuit is one of the most suitable for the C/V conversion circuit in ECT. The stray capacitance between the measurement electrodes and earth can be large and have an effect on the capacitance measurement. This paper analyzes this effect, taking into account the ON-resistance of the COMS switch, the unit gain frequency of op-amp, and gain error in the measurement circuit. Finally, it is shown that if the range of stray capacitance is 150 ± 60 pF, overall error would be estimated. Comparing the effects of the circuit parameters, this charge/discharge-based capacitance is effectively stray-immune. It is a more efficient analysis to C/V circuit in ECT and offers a great benefit to information processing.     

旋风分离器固体颗粒浓度三维电容层析成像分布

本文采用12电极电容传感器测量得到旋风分离器锥体部分的电容信号,利用线性逆反推算法得到断面固体颗粒的二维浓度分布。基于二维断面浓度分布,采用电容三维图像重建算法,得到锥体部分的三维颗粒浓度分布。图像重建结果与旋风分离器实际运行状况和数值计算结果吻合,说明电容层析成像及三维图像重建方法的准确性和可行性。     

循环流化床固体分布的层析成象测量

电容层析成象是９０年代以来快速发展的多相流研究方法．本文报道应用电容层析成象对循环流化床底部浓度分布的测量研究．本研究在国际上首先实现了矩形流道中的层析成象测量技术．成象中采用了迭代成象算法,明显地提高了复杂流动情况下的成象质量．测量结果显示出循环流化床底部多种气泡和固体分布情况,表明其流态与鼓泡床相吻合．     

循环流化床多分离器返料系统颗粒分布特性实验研究

多旋风分离器及返料系统是保证循环流化床锅炉高效燃烧的关键设备,是循环流化床大型化研究的关键部件之一。本文采用电容层析成像技术结合压力测量,对多旋风分离器返料系统内部气固两相流场进行实验研究。通过六旋风分离器冷态循环流化床电容层析成像浓度分布和压力测量,揭示循环流化床多分离返料系统颗粒流动分配特性,为循环流化床锅炉大型化,特别是超临界锅炉多旋风分离器的优化布置提供科学依据,基础实验数据库和技术手段,研究内容将电容层析成像技术的应用扩展到工程设计中,对实际工程起到理论指导的作用。