周怀春-三维温度场测量原理

域)的温度场分布(绘一温度分布图典型的时间为72 s)，对运行人员进行燃烧诊断有重要实用意义。但目前炉内三维空间的温度分布尚不能获得，理论上可行，实际上要想得到炉膛空间的温度分布首先得在锅炉上下布置众多的声发生器和接收器，而现在的声发生器和接收器尺寸较大，需炉墙开孔也大，这对燃烧有一定的影响；另外，炉内燃烧复杂，各种气体组分相差悬殊，要精确地求解温度场需考虑的因素很多，这是一项很复杂的工作，需进一步研究。

众所周知，锅炉的内部经常会被飞灰、烟炱或融渣沾污，因此它们需要经常用常知的“吹灰器”来吹净。吹灰器通常用蒸汽、压缩空气或高强度的声波来清洁受热面，所有种类的吹灰器都会发出高声频的噪声，它会干扰声学高温计的工作。所以BOILERWATCH必须在吹灰器停用时使用，而且只有在背景噪声很低时才投入，这就限制了系统的应用。因此今后声学高温计应当致力于以下三方面的研究：一是尽量减少发生器和接收器的尺寸，使得它们对燃烧的影响最小；二是加强炉内燃烧状况的研究，提高测量精度并争取得到炉内三维温度场的分布；三是增强系统抗干扰能力的研究，减低背景噪音的影响。

采用数字化摄像装置所测得的温度场实质上是三维空间温度在二维平面上的某种累积效应，要想得到炉内真实的三维温度场，需进行三维温度场重建。研究表明，摄像镜头及图像传感器对燃烧介质辐射能的探测能力在10 m内，即图像传感器对10 m外的辐射已不敏感了。初步分析表明：若①炉内空间需要求解温度值的点至少被两个摄像机观察到；②任何一个摄像机的任意一个用来建立一个方程的像素点所对应的该炉膛空间内成直线的三维各点均满足①的条件，则可建立起有解的方程组，求解温度场的分布。这样对大型炉膛若要重建温度场将增加许多困难。

在建立二维辐射图像和三维辐射能量(温度)分布的数学关系式时，需考虑的因素很多，如固体颗粒的散射对辐射能的影响，炉内介质衰减系数的影响等等，但目前都将其忽略或假定是均匀的，无疑给温度场重建带来较大误差。实际上炉内介质的衰减系数由于颗粒的组成、浓度分布、温度等不相同，导致辐射衰减系数相差很大，比如燃烧器区域达到0.6 m-1，而接近炉膛出口则只有0.2 m-1左右，因此今后将加强这方面的研究，进一步完善该方法。另外系统硬件本身的测量误差、镜头沾污等各种因素也当考虑。

总的看，声学高温测量方法已经成熟并已有商业化应用(如BOILERWATCH系统)，特别是对二维温度场的测量有重大实用价值。基于图像处理的温度场测量方法现仍处于实验室阶段，未有工业应用，但无疑具有广阔的前景。 参考文献

1 周怀春，娄新生，等.炉膛火焰温度场图像处理试验研究.中国电机工程学报，1995，15(5)：295～299

2 王飞，薛飞,等.运用彩色CCD测量火焰温度场的试验研究及误差分析.热能动力工程，1998，13(2)：81～84