溫度場聲學(xué)測量方法與關(guān)鍵技術(shù)的文獻綜述

溫度場聲學(xué)測量辦法與技術(shù)文獻綜述一、溫度測量意義及現(xiàn)狀人類自誕生之日起就不得不與“冷、熱”打交道，并在長期生產(chǎn)實踐過程中，逐漸建立起了“溫度”概念。為了保障生產(chǎn)、適應(yīng)生存和不斷提高生活質(zhì)量，人類對“溫度”實質(zhì)和定量測量研究從未間斷過。通過克勞修斯和開爾文等一大批科學(xué)家努力，該問題在一定期期得到了較好解決，并被全世界所公認。然而，隨著人類發(fā)展和社會飛速進步，人們發(fā)現(xiàn)，不但“溫度”與咱們關(guān)系越來越密切，并且關(guān)于“溫度實質(zhì)和定量測量”等問題遠沒有得到最后解決。為此，全世界無數(shù)科學(xué)家都在此研究領(lǐng)域進行著不懈努力，從而使得此方向始終是世界前沿研究領(lǐng)域之一，新測試原理、辦法和儀器層出不窮。各種測溫辦法都是基于物體某些物理化學(xué)性質(zhì)與溫度之間具備一定關(guān)系，例如物體幾何尺寸、顏色、電導(dǎo)率、熱電勢和輻射強度等都與物體溫度關(guān)于。當溫度不同步，以上這些參數(shù)中一種或幾種隨之發(fā)生變化，測出這些參數(shù)變化，就可間接地懂得被測物體溫度[1-2]。普通來說，溫度測量辦法分為接觸測量法和非接觸測量法兩大類。用接觸式辦法測溫時，感溫元件需要與被測介質(zhì)直接接觸，液體膨脹式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計等均屬于此類。當用光學(xué)高溫計、輻射高溫汁、紅外測溫儀探測器測溫時，感溫元件不必與被測介質(zhì)相接觸，故稱為非接觸式測溫辦法[3-7]。接觸式測溫簡樸、可靠、測量精度高，但由于達到熱平衡需要一定期間，因而會產(chǎn)生測溫滯后現(xiàn)象。此外，感溫元件往往會破壞被測對象溫度場，并有也許受到被測介質(zhì)腐蝕[8]。與接觸式溫度測量技術(shù)相比，當代測溫技術(shù)多為非接觸式，對傳感器耐熱性能無特殊規(guī)定，避免了傳感器和被測目的互相干擾，測溫范疇大，無熱慣性，響應(yīng)速度較快，可以測量微小目的溫度，滿足眾多場合對溫度測量范疇和精度規(guī)定[9-14]。接觸法與非接觸法測溫特性詳見表1，慣用溫度計種類及特性詳見表2。表1接觸法與非接觸法測溫特性

接觸法非接觸法特點測量熱容量小物體有困難；測量移動物體有困難；可測量任何部位溫度；便于多點集中測量和自動控制不變化被測介質(zhì)溫度場，可測量移動物件溫度，普通測量表面溫度測量條件測溫元件要與被測對象較好接觸；接觸測溫元件不要使被測對象溫度發(fā)生變化由被測對象發(fā)出輻射能充分照射到檢測元件；被測對象有效發(fā)射率要精確懂得，或者具備重現(xiàn)也許性測量范疇容易測量1000℃如下溫度，測量1200℃以上溫度有困難測量1000℃以上溫度較精確，測量1000℃如下溫度誤差大精確度普通為0.5%～1%，根據(jù)測量條件可達0.01%普通為20℃左右，條件好可達5～10℃響應(yīng)速度普通較慢，約1～3分鐘普通較快，約2～3秒，雖然遲緩也在10秒內(nèi)表2慣用溫度計種類及特性原理種類使用溫度范疇℃量值傳遞溫度范疇℃精確度℃線性化響應(yīng)速度記錄與控制價格膨脹水銀溫度計有機液體溫度計雙金屬溫度計-50～650-100～200-50～500-50～550-100～200-50～5000.1～21～40.5～5可可可中中慢不適合不適合適合便宜壓力液體壓力溫度計蒸汽壓力溫度計-30～600-20～350-30～600-20～3500.5～50.5～5可非中中適合便宜電阻鉑電阻溫度計熱敏電阻溫度計-260～1000-50～350-260～961-50～3500.01～50.3～5良非中快適合貴中熱電動勢熱電溫度計BS·R0～18000～16000～16000～13004～81.5～5可可快適合熱電動勢NKEJT0～1300-200～1200-200～800-200～800-200～3500～1200-180～1000-180～700-180～600-180～3002～102～103～53～102～5良良良良良快適合

熱輻射光學(xué)高溫計700～3000900～3～10非—不適合中光電高溫計輻射溫度計比色溫度計200～3000約100～約3000180～3500600～2500——1～105～205～20非快中快適合貴二、溫度場測量意義及現(xiàn)狀“溫度”不但是一種記錄平均物理量，并且更具備“三維”含義，也就是說，在三維空間中無處不存在“溫度”量值，事實上是一種“溫度場”概念。近年來人們發(fā)現(xiàn)，對溫度場研究和定量測量不但與咱們生產(chǎn)和生活更加密切有關(guān)，并且意義更加重大。例如，在尋常生活中體育館、俱樂部乃至家庭住房等場合中，良好氣流組織始終是其設(shè)計重點和難點[15]，而良好氣流組織則需要合理、均勻溫度場分布，能否有一種科學(xué)合理溫度場分布，直接決定著氣流組織、空調(diào)和采暖設(shè)計，對節(jié)約能源、保護環(huán)境、提高生產(chǎn)和生活質(zhì)量都是至關(guān)重要，有必要把握室內(nèi)溫度場分布特性[16-19]。再如，海洋變化對世界氣候及人類活動有著巨大影響，而海洋變化在很大限度上反映在其內(nèi)部溫度場變化上[20-25]。因而，對海洋內(nèi)部溫度場進行長時間、大面積監(jiān)測，對理解海水運動變化規(guī)律，進而開發(fā)和運用海洋[26-28]；精確進行中、長期天氣預(yù)報；以及推算地球氣候變化，進而研究地球溫室效應(yīng)等都具備十分重要現(xiàn)實意義[15][29]。此外，對各種燃燒和加熱設(shè)備中火焰和煙氣溫度場、氣體和液體儲罐內(nèi)部溫度場、以及大氣溫度場等實時在線檢測，對安全生產(chǎn)、減少污染、提高能源運用率等也變得越來越急迫和急需[30-33]。然而，溫度場測量又是一種十分復(fù)雜問題，雖然采用“溫度計”進行逐點測量辦法可以在一定限度上解決某些實際問題，但在大多數(shù)場合采用這種辦法測量溫度場卻是極不現(xiàn)實，甚至是主線行不通。因而簡便、快捷溫度場測量辦法、技術(shù)和設(shè)備研究已經(jīng)成為當前一種十分活躍研究領(lǐng)域[34]。三、鍋爐火焰溫度場測量重要性所謂“鍋爐”，即是其本體重要由“鍋”和“爐”兩某些構(gòu)成。它是運用燃料燃燒釋放熱能（或其她熱能），將工質(zhì)加熱到一定參數(shù)（溫度和壓力）設(shè)備。按用途可分為“動力鍋爐”和“工業(yè)鍋爐”兩種，按燃料和能源分，重要有“燃煤鍋爐”、“燃氣鍋爐”、“燃油鍋爐”和“余熱鍋爐”；對工業(yè)鍋爐來說，按輸出工質(zhì)又可分為“蒸汽鍋爐”和“熱水鍋爐”，對燃煤鍋爐來說，按燃燒方式又可分為“層燃爐、室燃爐、沸騰爐”，等等[35]。本課題重要是針對“燃煤、燃氣、燃油”等工業(yè)鍋爐而開展一項基本性研究工作。工業(yè)鍋爐用量大、使用范疇廣，但存在兩個技術(shù)問題：一種是鍋爐熱效率低，平均熱效率為60%左右，比國家工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件中規(guī)定低10%左右，比國外低20%左右；另一種是煙塵排放量高，每年向大氣排放煙塵800多萬噸，一氧化碳1.64億噸，灰渣8700多萬噸，直接惡化城區(qū)空氣質(zhì)量[36]。因而，節(jié)約能源，提高工業(yè)鍋爐熱效率，保護環(huán)境，減少工業(yè)鍋爐煙塵對大氣環(huán)境污染，始終是鍋爐研究重要課題[37-39]。為了安全生產(chǎn)，及時理解和掌握鍋爐運營狀況，及時調(diào)節(jié)鍋爐運營參數(shù)，普通需要在鍋爐上安裝各種傳感器。其中，僅溫度傳感器就多達十幾種，重要用于對鍋爐各處溫度進行實時監(jiān)測[40-41]。然而，盡管鍋爐熱效率和煙塵排放量與諸多因素關(guān)于，但歸根結(jié)底是由燃料燃燒限度所決定。要想及時理解、掌握和調(diào)節(jié)燃料燃燒狀況，就必要對鍋爐爐膛火焰溫度場進行精確、在線檢測[42-43]。但由于鍋爐爐膛火焰溫度太高，無法用接觸式溫度計直接測量，更無法實現(xiàn)接觸式溫度場在線測量（因而，在“規(guī)程”上也無法對此作出明確規(guī)定）。因而，如何實現(xiàn)“鍋爐火焰溫度場精確、在線測量”是十分必要和急迫，不但可以有效地節(jié)約能源、保護環(huán)境、提高設(shè)備運營效率，還是使設(shè)備時刻處在最佳運營狀態(tài)重要前提，可以大大減少事故發(fā)生率[44]。固然此項工作也是十分困難。為了可以理解燃料燃燒狀況，老式做法是測量煙氣溫度，反過來通過推算而實現(xiàn)此目。顯然，這是不得已辦法，還在很大限度上依賴于經(jīng)驗，不也許做到全面和精確。為此，長期以來，人們對此問題開展了大量研究工作，先后研制成功了“抽汽式高溫熱電偶”、“輻射高溫計”、“熱成像儀”、“光學(xué)層析電視”等辦法、技術(shù)和儀器[45]，但由于工業(yè)燃燒過程自身具備瞬態(tài)變化、隨機湍流、設(shè)備尺寸龐大、環(huán)境惡劣等特性，使得上述辦法和儀器在實際使用過程中存在諸多難以克服問題和困難[46]?？上彩牵陙硖岢觥奥晫W(xué)測量辦法”有望使此問題獲得較圓滿解決[47-50]。四、溫度場聲學(xué)測量研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢如前所述，盡管人們對“鍋爐火焰溫度場精確、在線測量”開展了大量研究工作，也研制出某些辦法、技術(shù)和儀器，但由于各種因素，到當前為止，此問題遠未得到較好解決。由于用聲學(xué)法測量溫度場，具備測量精度相對較高、測溫范疇寬、測量空間大、非接觸、實時持續(xù)和操作、維護以便等明顯長處，日益受到注重和采用，已成為當前國內(nèi)外研究熱點[51-53]。將此辦法應(yīng)用于“鍋爐火焰溫度場測量”，有望使此問題獲得較圓滿解決[54-56]。國內(nèi)外在此方向也開展了較廣泛研究工作，獲得了許多有益成果，現(xiàn)簡述如下：1．溫度場聲學(xué)測量辦法發(fā)展歷史聲學(xué)測溫基本原理是根據(jù)聲波傳播速度與介質(zhì)溫度之間存在單值函數(shù)關(guān)系。早在1687年牛頓（SirIsaacNewton）就推導(dǎo)出了聲學(xué)測溫原理公式，18由拉普拉斯進行了修正和完善[57]，并于130年此前，由聲學(xué)家Mayer等進行了實驗驗證。然而，聲學(xué)測溫技術(shù)研究和應(yīng)用卻是在近50年來才逐漸展開。直到上世紀七十年代初期，聲學(xué)測溫才作為一門新興科學(xué)技術(shù)正式被提出。在1955年，HerickAL等人提出了用測量聲速辦法來測定氣體溫度建議[58]。隨后幾十年里，各國科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員對聲學(xué)測溫技術(shù)、裝置以及應(yīng)用開展了廣泛研究。初期研究重要集中在對聲學(xué)溫度計開發(fā)上，涉及氣溫計、低溫聲學(xué)溫度計、共振式石英溫度計、超聲溫度計等[59-60]。而進入20世紀80年代中期后來，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展，各國學(xué)者及工程技術(shù)人員則開始了對溫度場聲學(xué)測量辦法研究，開展了一系列研究與實驗工作，并獲得了一定進展。2．聲學(xué)測溫國外研究現(xiàn)狀1983年，英國中央電力產(chǎn)業(yè)局(CentralElectricityGeneratingBoard，CEGB)S.F.Green第一次提出將聲學(xué)測溫技術(shù)應(yīng)用于鍋爐爐膛溫度分布測量，標志著這項新技術(shù)誕生，引來了全世界關(guān)注[61-63]。1987年，日本東京電力技術(shù)研究所伊騰文夫和三菱重工長崎研究所坂井正康對燃煤鍋爐中聲波衰減特性等進行了基本研究，以為12kHz頻率聲波是聲學(xué)高溫計合用頻率[64]。1988年7月，在美國電力研究院(ElectricPowerResearchInstitute，EPRI)資助下，礦業(yè)能源研究公司(FossilEnergyResearchCorp)會同英國中央電力產(chǎn)業(yè)局(CentralElectricityGeneratingBoard，CEGB)，在堪薩斯電力電燈公司(KPL)勞倫斯能源中心5號機組上，布置了聲學(xué)測點，對運用聲學(xué)辦法測量爐內(nèi)煙氣溫度可行性進行了為期兩周實驗。1989年，L.J.Muzio等通過上述實驗，對聲學(xué)高溫計初次作了獨立評價，表白其比老式高溫煙氣測量有明顯長處，不但可用于運營診斷，并可作為開發(fā)性研究工具[65]。1989年，美國內(nèi)華達大學(xué)電力工程系J.A.Kleppe在前人基本上對聲學(xué)測高溫技術(shù)進行了系統(tǒng)總結(jié)，完善了聲學(xué)測溫系統(tǒng)原理和構(gòu)造構(gòu)成[66]。但是，限于當時聲學(xué)技術(shù)、微解決器、信號分析、圖像重建等技術(shù)水平限制，當前看來某些知識已通過時，但為日后理論研究提供了指引，意義重大[67]。1993年，德國RWE能源股份公司W(wǎng)illyDerichs通過電站現(xiàn)場實驗，初步歸納了爐內(nèi)溫度分布與燃燒器布置、再循環(huán)煙氣流量、二次風、鍋爐負荷、吹灰、結(jié)渣積灰和氮氧化物關(guān)系，對聲學(xué)測溫用于監(jiān)測鍋爐安全運營打下基本[68]。1995年，明斯特大學(xué)HelmutSielschott在collocationmethod辦法基本上初次提出了加入先驗信息重建算法[69]。1996年，意大利國家研究委員會(ItalianNationalResearchCouncil，CNR)MauroBramanti等進行了聲學(xué)高溫計系統(tǒng)用于電站鍋爐內(nèi)層析法熱成像研究，分別運用模仿和實際測量實驗數(shù)據(jù)得到了差強人意重建成果[70]，實際數(shù)據(jù)來自意大利國家電力公司(ItalianNationalElectricityBoard，ENEL)，在撒丁島SantaGilla鎮(zhèn)一種電站實驗。雖然仿真重建成果和實際數(shù)據(jù)一定限度上相吻合，但是在既有鍋爐上安裝測點數(shù)量和位置受到了熱力條件和機械條件限制。因而，為了得到更好成果，她們建議針對聲波測溫系統(tǒng)安裝，在鍋爐制造時考慮相應(yīng)設(shè)計。1996年，J.A.Kleppe初次提出了將數(shù)字信號解決引入到聲學(xué)測溫中來，這對聲學(xué)測溫精度提高具備重要意義[71]。1998年，英國謝菲爾德大學(xué)K.J.Young提出了聲學(xué)測溫在燃燒煙氣中誤差分析[72]，以為燃料碳氫比、過量空氣系數(shù)等對聲學(xué)測溫影響可以用修正因子加以調(diào)節(jié)，并且總測量誤差不超過2％。1999年，英國CODEL公司宣布推出新一代鍋爐聲學(xué)測溫產(chǎn)品PyroSonicII。，日本岐阜大學(xué)若井研究室陸劍和若井和憲等人提出了聲波在不均勻溫度場內(nèi)傳播折射問題是不容忽視，即存在聲波“彎曲效應(yīng)”[73]。她們在計算機上運用最小二乘法及迭代辦法進行了溫度場重建仿真。成果表白，該算法一定限度上可以消除或彌補聲波折射影響，使得聲學(xué)測溫精確性和精度得到進一步提高。，美國燃燒專家有限公司(CombustionSpecialists，Inc)GeorgeKychakoff提出了聲學(xué)測溫在燃燒控制和尾氣排放控制中應(yīng)用[74]。，德國Budi公司H.P.Drescher，M.Deuster提出了運用聲學(xué)測溫獲得溫度場分布來定義一種溫度場非均勻指數(shù)，可望將之作為調(diào)節(jié)燃燒重要參數(shù)，但是實現(xiàn)一種閉環(huán)控制還需進一步研究[75]。，GeorgeKychakoff提出了聲學(xué)測溫在水泥制造工業(yè)中應(yīng)用，并對聲學(xué)測溫系統(tǒng)發(fā)展作了回顧，對將來聲學(xué)測溫技術(shù)發(fā)展布滿信心[76]。當前，以美國SEI（ScientificEngineeringInstruments）公司產(chǎn)品最具備代表性，它開發(fā)和研制名為BOILERWATCH爐膛溫度檢測系統(tǒng)[77]，可用來監(jiān)測大型火力發(fā)電廠鍋爐溫度場分布，在不少電廠做了大量實驗，獲得了很滿意數(shù)據(jù)和成果。3．聲學(xué)測溫國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)對于聲學(xué)測溫技術(shù)研究起步較晚，直到上世紀末，在國內(nèi)文獻中才見到聲學(xué)測溫技術(shù)報道。1990年，馮鳴翻譯了《PowerEngineering》1989年11月份L.J.Muzio一篇文章[78]，這是國內(nèi)最早一份報道，國內(nèi)從事電力行業(yè)人士開始理解到了電站鍋爐中聲學(xué)測溫這一新技術(shù)。遺憾是在背面左右時間中，并沒有得到國內(nèi)同行關(guān)注。1999年，廣東省電力實驗研究所曾庭華等將聲學(xué)測溫法和基于圖像解決溫度場測量法作了比較和討論[79]，以為非接觸式測溫比老式測溫辦法具備較大優(yōu)勢，但其技術(shù)發(fā)展和成熟仍需時日。1999年，東北大學(xué)邵富群等在國內(nèi)最早成立課題組，正式研究聲學(xué)測溫，并按照MauroBramanti于1996年提出思路，基于二維傅立葉函數(shù)展開法對重建算法進行了仿真，發(fā)現(xiàn)等溫線與爐墻正交現(xiàn)象嚴重，成果并不令人滿意[80]。，吉林省電力科學(xué)研究院黃慶康對國外開發(fā)聲學(xué)爐內(nèi)溫度場實時監(jiān)測系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)硬件和軟件構(gòu)成、應(yīng)用等作了較為詳細報道，對國內(nèi)從事有關(guān)研究人員提供借鑒[81]。開始至今，東北大學(xué)田豐等重要針對聲學(xué)測溫中重建算法作了許多研究，提出了最小二乘法，基于高斯函數(shù)展開法等，并對重建過程中迭代和正則化作了嘗試，獲得了較為滿意成果[82-84]。至今，華北電力大學(xué)安連鎖、姜根山等對聲學(xué)測溫研究現(xiàn)狀和核心技術(shù)進行了總結(jié)，提出了此后研究重點，并在接下來幾年中提出了基于單途徑溫度拋物線分布再插值二維溫度場重建算法[85-86]，建立了溫度梯度場中聲線傳播途徑數(shù)學(xué)模型，提出了基于級數(shù)展開法聲學(xué)CT重建算法[87]，提出了基于高階合計量分析聲波飛渡時間測量等[88]，仿真實驗和現(xiàn)場冷態(tài)實驗成果較好。至今，大慶石油學(xué)院王明吉專家研究小組對溫度場聲學(xué)測量辦法機理進行了研究，并對溫度梯度場引起聲線“彎曲效應(yīng)”對測量成果影響、聲線追蹤和三維溫度場反演問題進行了一定研究和探討[89]。4．發(fā)展趨勢從上述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展歷程可以看出，溫度場聲學(xué)測量辦法和技術(shù)尚處在方興未艾發(fā)展階段，有許多問題需要進一步研究和進一步解決。在國外，此項工作起步較早，研究也較廣泛和進一步，在爐膛、體育場等場合開展了大量實驗和詳細應(yīng)用，獲得了許多有價值數(shù)據(jù)和成果，甚至研制出少量實用系統(tǒng)和產(chǎn)品。在國內(nèi)，此項工作起步較晚，基本上是后來事情。研究工作集中在少數(shù)幾種高等學(xué)校之中，重要研究內(nèi)容也局限于理論、算法、仿真和聲線追蹤等基本研究方面，不但尚未開發(fā)出實用檢測系統(tǒng)，并且就連有一定針對性和實用性實驗系統(tǒng)也未見報道，也未引進國外關(guān)于系統(tǒng)和產(chǎn)品，與國外相比具備很大差距，必要加快研究和開發(fā)步伐，以便迎頭趕上。盡管與國際相比，國內(nèi)在此領(lǐng)域研究和開發(fā)工作尚有很大差距，需要開展許多國外已經(jīng)開展過工作，但從發(fā)展趨勢上看，此后將致力于如下幾種方面研究工作：(1)迅速、高效、實用溫度場聲學(xué)測量重建算法研究，這將是一種永無止境課題。(2)針對不同邊界形狀溫度場傳感器布置方式、數(shù)量以及溫度場空間區(qū)域劃分方式優(yōu)化研究。(3)聲波信號有效提取，以及聲波飛度時間精確測量辦法和技術(shù)研究。(4)可以實現(xiàn)迅速測量實驗系統(tǒng)研制，以及模仿測量實驗。(5)針對特定場合應(yīng)用實用、在線溫度場聲學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)。(6)適應(yīng)各種場合聲發(fā)射/接受換能器研制。五、溫度場聲學(xué)測量原理1．單途徑聲學(xué)測溫原理由聲學(xué)原理可知，當聲波在無限大、各向同性且均勻氣體介質(zhì)中傳播時，聲波傳播速度與氣體溫度存在如下單值函數(shù)關(guān)系[90-91]：（2-1）發(fā)射接受發(fā)射接受圖1單途徑聲學(xué)測溫示意圖C——聲波在介質(zhì)中傳播速度，m/s；R——抱負氣體普適常數(shù)，J/mol·k；γ——氣體絕熱指數(shù)（定壓比熱容與定容比熱容之比值）；T——氣體溫度，K；m——氣體摩爾質(zhì)量，kg/mol。對于給定氣體混合物，為一常數(shù)，故聲波在其中傳播速度取決于氣體溫度。在實際應(yīng)用中，可以在待測區(qū)域兩側(cè)分別安裝聲波發(fā)射器和接受器，發(fā)射器發(fā)出一種聲波脈沖被接受器檢測到，通過測定聲波在兩者間飛渡時間τ，由于兩者之間距離D是固定已知常數(shù)，則可以擬定聲波在傳播途徑上平均速度C，代入式（2-1）即可求出聲波傳播途徑上氣體平均溫度T[92]。如圖1所示。2．多途徑擬定二維溫度場原理 預(yù)較精準地測量某個平面區(qū)域溫度分布，則應(yīng)依照待測區(qū)域幾何形狀，((a)長方形邊界溫度場13條獨立聲波途徑(b)圓形邊界溫度場9條獨立聲波途徑S1S2S3S4S5S6圖2聲波換能器分布和測量途徑示意圖S1S2S3S4S5S6在其周邊布置各種聲波發(fā)射/接受換能器，以便產(chǎn)生大量聲波傳播途徑。圖2(a)和(b)即是針對長方形邊界和圓形邊界溫度場聲波發(fā)射/接受換能器布置示意圖[93-94]。在一種測量周期內(nèi)，順序啟閉S1～S6超聲換能器，測量出聲波沿每條不重復(fù)途徑飛渡時間，從而得到若干組聲波飛渡時間值，將測得聲波飛渡時間值代入重建算法，即可以得出待測二維溫度場溫度分布狀況[95-99]。3．三維溫度場聲學(xué)測量原理眾所周知，燃燒火焰皆是三維，要想全面理解火焰溫度場分布，最佳是可以迅速、精確、以便地實現(xiàn)三維溫度場測量。然而，當前國內(nèi)外對聲學(xué)測量溫度場研究重要針對二維溫度場，關(guān)于三維溫度場聲學(xué)測量辦法，只有JohnsonSA（1997年）[100-101]等少數(shù)學(xué)者進行了初步研究工作。究其因素，重要是需使用傳感器數(shù)量較多，傳感器布置較困難，獨立傳播途徑諸多，難以實現(xiàn)以便、迅速測量。圖3傳感器空間分布及測量區(qū)域分塊圖采用32只聲波發(fā)射/接受傳感器，按圖3所示方式布置，這樣可以形成172條獨立有效地聲發(fā)射-接受途徑（除去其自身和同側(cè)壁上傳感器）。采用圖中所示空間區(qū)域劃分方式，這樣，即可將待測溫度場區(qū)域劃提成64個子溫區(qū)，符合圖3傳感器空間分布及測量區(qū)域分塊圖在一種測量周期內(nèi)，順序啟閉32只聲波發(fā)射/接受傳感器，測量出聲波沿每條不重復(fù)途徑飛渡時間，從而得到若干組聲波飛渡時間值，將測得聲波飛渡時間值代入重建算法，即可以得出待測三維溫度場溫度分布狀況。本課題以工業(yè)鍋爐爐膛火焰溫度場為研究對象，研制一套模仿實驗系統(tǒng)，并在實驗室條件下實現(xiàn)（方形和圓形邊界）二維溫度場可視化測量，并對三維溫度場聲學(xué)測量辦法進行必要仿真研究。

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