瞬态火焰图像处理系统开发及其在实验教学中的应用

热能动力工程装置中涉及瞬态火焰图像的检测与处理,如内燃机燃烧室中火焰温度的检测以及燃烧火焰脉动特性的检测。基于双色测温理论及傅里叶变换原理开发了一套瞬态火焰图像处理系统,结合高速摄像仪获得的瞬态燃烧火焰图像,能够计算瞬态火焰图像的温度分布、燃烧脉动的幅频特性。该系统已用于瞬态火焰图像检测处理的实验教学中,检测了定容弹燃用柴油的温度分布以及层流扩散乙烯火焰的脉动特性。     

燃烧火焰温度图像检测系统开发

为满足热能工程专业本科实验教学和毕业设计中对燃烧测量的需要,开发了一套基于机器视觉图像处理技术的燃烧火焰温度图像检测系统。该系统硬件以千兆网彩色CCD摄像机为核心,结合计算机图像处理技术及比色图像测温理论进行设计,系统的主要功能有展示千兆网彩色CCD摄像机原理及应用、展现参考点比色法测温的理念、测温方法的实验验证及教学应用。该系统操作方便,在实验教学应用中效果良好,对促进学生掌握燃烧测量基础知识和相关技术具有重要帮助。     

在动力实验中开展燃烧特性测试的实验教学

结合动力工程专业本科生实验教学中现有的台架实验只能进行产品发动机的动力性、经济性、常规排放物的测试实验教学,缺少对燃料及代用燃料在发动机中燃用时的基本燃烧特性参数测试的实验装置与设备,开发了高速纹影法记录定容燃烧弹内球形膨胀火焰的测试系统,研究其层流火焰燃烧速度等特性参数。用乙醇开展了实验教学,获得其基本层流火焰特性参数,极大地激发了学生对燃烧研究的兴趣。     

基于激光诱导击穿光谱的火焰中元素分析系统

针对高温燃烧火焰中碳、氢、氧、氮元素的测量,搭建了一套激光诱导击穿光谱(LIBS)系统,并对乙烯预混燃烧火焰进行实时在线检测。使用强激光能量击穿乙烯预混燃烧火焰,通过分析不同碳烟浓度工况的乙烯预混燃烧火焰中等离子体跃迁发射的光谱信息,识别火焰中碳、氢、氧、氮元素光谱谱峰,研究火焰中C元素光谱强度与火焰中碳烟含量的相关性。结果表明,该系统性能稳定,随着碳烟含量的增加,火焰中C元素的光谱强度也随之增强,因此LIBS系统在应用于高温燃烧火焰中碳烟含量检测方面具有广泛的前景。     

含天然气水合物多孔介质电参数测量系统的仿真实验研究

以天然气水合物在多孔介质中生成、分解过程的科研项目为背景,将含水合物介质电参数测量系统部分研究内容引入实验教学,设计了基于有限元数值法的含水合物多孔介质电参数测量仿真实验。基于反应釜及复电阻率测量装置建立数值模型;采用全波有限元方法对模型中的电磁场进行仿真计算并获得空间电磁分量分布;通过设置不同尺寸的水合物,结合仿真结果后处理,得到不同水合物分布对应的视电学参数。     

半球向全发射率测量实验教学系统设计与开发

针对传统半球向全发射率测量教学实验装置测试精度不高、温度量程低的问题,该文基于稳态量热方法设计了高温半球向全发射率测量实验教学系统,进行了样品测试区域热量损失的校准,该系统具有方法原理简单、测试精度高等特点。通过测量获得不同温度下的材料半球向全发射率,便于同学们理解半球向全发射率与材料热辐射能力的相关性、光谱发射率与不同温度下的半球向全发射率的关联关系,实验测试结果可靠,满足热工系列课程研究型实验教学的需求。     

本生灯教学实验台改良及实验数据处理

本文通过对本生灯结构的改良，实现了扩散火焰实验、完全预混火焰锥高度测量及燃烧速度计算实验、部分预混推举火焰的推举高度测量实验、以及特殊形状火焰演示实验。根据所得到的相关数据，运用标准的单因子实验方差分析、一元、二元线性回归、有交互作用的双因子实验方差分析、正交实验和一般线性回归等方法进行计算分析。     

基于火焰图像的工业炉氮氧化物排放检测技术

通过CCD工业摄像机采集工业炉膛火焰图像,运用松弛迭代法对火焰图像进行分割,使用燃烧火焰图像处理技术,得到影响炉膛温度场变量。利用偏最小二乘法(PLS)将锅炉运行参数和温度场变量联合构建一个输入数据矩阵,对锅炉煤燃烧过程中氮氧化物排放量进行预测,并同实测值进行对比。结果表明:该方法对预测氮氧化物排放量的准确度高,误差小,为实现工业炉在线监测提供了一种手段。     

桥梁挠度检测实验系统设计

设计了基于激光投射式位移监测方法的桥梁挠度检测实验系统,介绍了该系统的基本原理和光斑中心位移算法。该系统由激光发射模块、激光接收模块、图像采集与处理模块、无线传输模块以及数据显示模块等组成。实验测试表明,该系统可以实现对桥梁模型竖向挠度的检测,能够满足实验教学的需要。基于该实验系统可以开发多项开放式、创新性实验项目,有助于学生对结构健康监测技术的理解,提高学生的创新思维和实践能力。     

火焰稳定器对直喷式燃烧室污染物生成影响的研究

本文通过实验研究了不同火焰稳定器对直接喷射式低污染燃烧室燃烧和污染物排放的影响。实验中所用的火焰稳定器分别为45°,60°旋流角的旋流器和三种开孔率不同的多孔板。采用test360烟气测试仪测量在分别改变燃气和空气的流量的条件下。相应的燃烧室出口温度,N())【和C0生成量。通过对采用不同火焰稳定器燃烧室所得到的不同燃烧与排放性能的分析比较,研究了火焰稳定器对燃烧和污染物排放的影响。     

基于双目电荷耦合器件的三维形貌检测装置研制

针对传感技术课程实验教学中利用视觉传感器开展非接触式形貌检测的教学需求,设计了一套基于双目电荷耦合器件(CCD)的三维形貌检测装置。在对实验教学装置进行功能分析的基础上,完成了包含水平和竖直方向的双目CCD视觉测量总体方案,水平方向通过多图像序列进行三维重建;竖直方向通过被测物不同高度截面进行三维重建。进行了硬件设计,主要包括图像采集、机械运动和支架设计,并对机械结构进行了可靠性分析。根据装置工作方案,对两种三维重建方式分别做了相应的理论分析,并在Windows环境下进行软件开发。通过整合VisualSFM、PMSV与Meshlab进行多图像三维重建,同时根据总体方案。设计了相应的图像采集程序。最终在完成总体三维形貌检测系统的情况下,进行了实验测试,给出了实验流程与结果分析。     

一种数据采集器的温度特性实验系统

基于NI myDAQ和NI USB6009数据采集器,用LabVIEW设计和制作了能同时测量4种温度传感器温度特性的实验教学系统。该系统可实时记录并直观显示温度传感器输出参数随温度的变化过程,还可根据需求设定数据记录时长及数据量。用该系统测量了Cu50铜电阻、NTC热敏电阻、PN结电压和AD590电流型集成电路温度传感器输出电流等参数随温度的变化关系,实验结果与采用分立式传统仪器测量的结果吻合。     

数码相机对三维空间尺度测距研究

提出了一种由单幅图像得到目标物体深度信息的方法。该方法通过计算机图像处理技术获取相关的图像信息,再结合光学成像原理将所用数码相机的实际物理焦距和图像中目标物体的大小均效到135相机的标准上,由计算机编程计算得出目标与测量系统之间的相对位置关系。介绍了测量原理,推导出了参数计算公式。实验表明,此系统测量精度满足工程测量要求。     

富氧燃烧实验台及燃烧特性研究

富氧燃烧是节能、环保的一项重要技术.通过石油液化气在实验台中富氧燃烧的热工试验研究,通过控制助燃空气的含氧浓度来改变燃烧特性和火焰形状、温度,确保合理燃烧.助燃空气中的含氧浓度控制在24%～28%范围内,燃烧的技术性、经济性能较佳.根据燃烧火焰的流动特性和局部助燃富氧空气流动特性确定相关参数,能够得到较好的燃烧效果,较高的锅炉热工效率.采用该方法进行局部增氧助燃烧更为经济、实用.     

舰船燃油火灾的燃烧速率间接测量实验研究

采用连通器原理,推导了间接测量燃油火灾燃烧速率转化公式,构建了间接测量系统。根据4种实验工况测量了直径40cm油池燃烧过程中的实时质量变化规律和燃烧速率变化规律,并用理论公式进行验证。测量结果不受燃烧环境变化影响,测量方法可应用于中大尺度火灾实验研究,解决热释放速率实时测量的难题,为有效计算火灾的火焰高度、火焰直径、对外辐射热量及空气卷吸量等参数指标提供了技术支撑。     

光学分层成像法重建火焰温度场的理论和实验研究

提出了一种测量三维火焰温度的新方法 .根据光学分层成像理论 ,三维火焰可以看成若干个互相平行的二维发光断层的组合 .用高速摄像控制系统沿着某一固定方向对火焰进行分层聚焦摄像 ,得到一组辐射图像 ,每个图像都是其对应断层的聚焦像和其它断层离焦像的叠加像 ,运用图像反演算法 ,即可重建各断层的原始图像 ,再用彩色三基色测温方法 ,处理所得到的原始图像 ,即可建立火焰的三维温度场 .通过蜡烛火焰的试验 ,验证了该方法的可行性     

基于炉膛火焰发射光谱的煤种识别（英文）

目的:为解决煤种频繁变化造成的燃烧闭环优化难题,研究在燃烧器出口实时辨识锅炉入炉燃烧煤种的方法。创新点:1.通过火焰发射光谱机理研究获取可排除燃烧工况与测量采样等干扰因素的算法规则;2.提出基于煤粉火焰光谱中Na和K元素原子发射光谱相对强度特征的煤种辨识方法。方法:1.通过光纤光谱仪获取锅炉各层燃烧器入口火焰光谱信号;2.利用同波长下原子光谱与连续辐射光谱的相对关系,消去火焰温度、工况与环境的影响;3.以补偿后Na和K元素原子发射光谱强度的特征比值表征不同煤种在火焰中的元素含量特征,实现煤种的在线辨识。结论:1.利用煤粉火焰光谱特征实现入炉煤种的实时辨识具有良好的工况稳定性与可复现性;2.从算法机理中消除环境影响,降低了测量系统校验的复杂性。     

短脉宽激光除漆理论清洗模型的建立

在理论上分别计算油漆的粘附力、短脉宽激光除漆时的漆层和基底的温度以及它们之间的脱离力,从而建立了短脉宽激光除漆的理论清洗模型,得到激光除漆的条件是脱离力大于油漆与基底之间的粘附力,满足此条件油漆就能被清洗．同时还可以通过理论模型进一步获得短脉宽激光除漆过程中漆层和基底的温度情况。最终得到使得漆层脱落但是基底又不被损伤的合适的激光参数,从而更好的指导实际的激光除漆过程．     

基于磁光传感器的焊缝检测装置的研制

针于激光焊接所要求的紧密焊缝,构建以磁光传感器为核心的焊缝检测装置,该装置能检测出反映焊缝特征的磁光图像.通过分析磁光图像的特点,确定磁光图像中过渡带的中心为焊缝中心.最后,通过中值滤波,获得比较清晰的磁光图像,并把该图像进行灰度化处理,获得沿焊缝两侧的灰度变化图,通过分析灰度变化图,能获得焊缝的测量中心,这为利用磁光图像进行微焊缝跟踪的激光焊接确定了可能性.     

低氧弥散燃烧实验系统的开发

结合传热学、燃烧学、自动控制原理、热工测量及仪表等专业知识,开发了该低氧弥散燃烧实验系统。实验系统主要由高温烧嘴、蓄热室、四通阀、热工检测及控制系统等组成,该系统可以开出热工、自动控制等多个综合性和研究性实验,形成了创新学科、科研项目与实验教学的互动平台,提高了实验室整体科研条件和学科发展水平。