基本介紹
內容簡介,基本信息,作者簡介,目錄,序言,
內容簡介
《爐內火焰可視化檢測原理與技術》系統地總結了作者10年來的相關研究工作以及國內外同行的研究成果，將高溫火焰輻射圖像探測器作為爐膛燃燒火焰輻射能二維感測器，結合彌散介質輻射傳熱及其逆分析、光電信號及圖像處理、病態問題求解、熱工學、信號分析等多學科的理論和知識，闡述了大型爐內三維燃燒溫度場相燃燒工況可視化的原理和技術。《爐內火焰可視化檢測原理與技術》理論聯繫實際，主題鮮明，結構緊湊，內容豐富，對推動我國先進燃燒過程檢測技術的研究和開發，加快大型電站鍋爐、工業鍋爐和工業窯爐等一次能源消耗大戶的j維燃燒工況實時監控技術升級換代，提高一次能源利用率和相關工業產品的質量，降低污染物排放，具有重要的科學意義和套用價值。 《爐內火焰可視化檢測原理與技術》的主要讀者包括高等學校熱能與動力工程和工程熱物理專業教師和研究生、本科生，電力科研院所、火力發電廠、電力高科技公司等的相關專業的研究人員和工程技術人員，以及冶金、建材、化工等行業的熱能工程及爐窯熱工監測與控制專業技術人員。
基本信息
開本：不詳 頁數：338 頁
裝訂：平裝
作者簡介
周懷春，男，1965年3月生，湖北仙桃人，國家傑出青年基金獲得者。現任華中科技大學能源與動力工程學院教授、博士生導師，能源與動力工程學院副院長。兼任武漢華工大創能科技有限責任公司總經理。1985、1990、1993年在原華中工學院、華中理工大學分別獲得熱能工程專業工學學士、碩士、博士學位，2001年7月至9月在美國約翰斯·霍普金斯大學機械工程系訪問進修。1985年至1987年在原華中工學院動力系汽輪機鍋爐教研室任助教，本科生兼職政治輔導員、班主任；1994年至1996年在原華中理工大學機械工程博士後流動站從事博士後研究工作；1996年起在煤燃燒國家重點實驗室工作，2000年9月至11月在美國賓州州立大學機械工程系合作研究。 兼任湖北省科協第六、七屆全省委員會委員、中國工程熱物理學會燃燒分會委員、中國動力工程學會鍋爐專委會委員、中國計量學會多相流測試專委會委員、國際燃燒學會會員。已獲得7項國家發明專利。在國內外學術期刊和國際學術會議發表論文200餘篇，其中三大索引收錄110餘篇次，被國內外他引超過200次。2005年5月在科學出版社出版專著《爐內火焰可視化檢測原理與技術》。2004年、2006年連續兩次應邀參加國際燃燒會議，並宣讀論文。2007年5月應邀在日本舉行的第六屆亞太地燃燒會議上作專題特邀報告。已指導畢業博士生12名，其中3名獲得湖北省優秀博士學位論文獎。先後獲得省部級教學、科技成果獎8項，湖北省青年科技獎（1997），教育部高等學校優秀青年教師教學科研獎勵計畫“首屆青年教師獎”（1999），湖北省優秀博士後稱號（2001），湖北省優秀研究生導師（2004）。目前主持1項國家自然科學基金重點項目，主持1項、主要參與1項“十一五”國家高技術研究發展計畫（863計畫）先進能源技術領域專題課題等。
目錄
前言
主要符號表
第一章 緒論
第一節 爐內燃燒火焰檢測技術的發展
一、我國電站鍋爐和工業爐窯概況
二、燃燒火焰及其溫度檢測
三、國內外燃燒火焰圖像處理可視化研究進展
第二節 本書的內容和特點
一、作者在圖像處理燃燒可視化方向的研究回顧
二、本書的內容組織
參考文獻
第二章 爐內輻射傳熱原理及輻射傳遞方程求解
第一節 彌散介質輻射傳熱基本原理
一、熱輻射基本概念和定律
二、彌散介質中的輻射傳遞過程及輻射傳遞方程
三、爐內顆粒燃燒介質輻射傳熱特性
第二節 輻射傳熱及輻射傳遞方程求解方法簡述
一、離散坐標法(DOM)
二、球形諧波(PN)法
三、MonteCarlo法(MCM)
第三節 用DREsOR法求解輻射傳遞方程(RTE)
一、輻射傳遞方程的一般積分形式解
二、真空邊界系統輻射傳遞方程求解的DRESOR法
三、DRESOR法在真空邊界一維平行平板灰性介質中的驗證
四、DRESOR法對壁麵條件的處理及一維系統計算驗證
五、DRESOR法簡要小結
參考文獻
第三章 輻射傳遞逆問題求解
第一節 一般逆問題
第二節 輻射傳遞逆問題的提出與常用算法
一、輻射傳遞逆問題的提出
二、輻射傳遞逆問題常用解法
第三節 輻射特性參數的逆求解
一、解析求解
二、疊代求解
第四節 源項分布逆求解
一、解析解
二、疊代求解
第五節 輻射特性參數與源項分布同時逆求解重建
一、利用雷當逆變換計算吸收係數與溫度場
二、利用輻射能量和溫度圖像重建吸收、散射係數與溫度分布
三、發射CT法同時重建非灰性介質的吸收係數與溫度分布
參考文獻
第四章 基於圖像的測量原理及火焰可視化概述
第一節 基於圖像的測量原理
一、基本概念
二、投影
第二節 火焰顏色定量及溫度檢測
一、顏色定量及色度坐標
二、火焰顏色計測
三、彩色三基色溫度測量原理
第三節 彩色CcD成像原理及特性
一、電荷耦合器(CcD)基本原理
二、彩色CCD攝像機及其特性
第四節 爐膛及火焰可視化技術概述
第五節 火焰形狀定量分析
一、火焰二維形狀可視化及定量分析
二、火焰三維形狀重建
參考文獻
第五章 火焰溫度圖像檢測及燃燒診斷分析
第一節 基於雙色法的火焰溫度圖像檢測
一、雙色法溫度檢測方法
二、基於彩色CCD三基色的雙色法溫度圖像檢測方法
第二節 其他幾種輻射溫度圖像檢測方法
一、紅外熱成像火焰溫度圖像檢測
二、基於亮度圖像處理的全色法
三、基於參考測溫的單色法
四、基於火焰平均溫度的單色法
第三節 基於輻射溫度圖像檢測的燃燒診斷
一、燃煤鍋爐爐膛出口未燃盡碳率預測
二、煤粉燃燒NOx排放診斷
參考文獻
第六章 爐內燃燒輻射成像過程及其模型
第一節 輻射能量成像模型
一、CCD成像的光學模型
二、輻射能量成像模型
三、McM計算輻射能量成像
四、輻射能量成像快速計算方法
第二節 輻射強度和溫度成像模型
一、輻射強度成像模型
二、輻射溫度成像模型
第三節 輻射溫度圖像檢測方法的計算比較分析
一、雙色法和單色法輻射溫度圖像檢測方法比較分析
二、簡化雙色法與單色法輻射溫度圖像檢測方法比較分析
三、小結
參考文獻
第七章 爐內二維溫度場可視化方法
第一節 二維溫度場重建方法及其模擬研究
一、爐內溫度場重建問題的病態性
二、線性規劃反演方法
三、加先驗經驗的最小二乘反演二維溫度場重建方法
四、套用正則化反演模型重建二維爐膛溫度分布
第二節 二維溫度場可視化技術實現及實驗研究
一、可視化系統構成
二、火焰圖像檢測及可視化結果
三、小結
參考文獻
第八章 爐內三維溫度場可視化方法
第一節 三維爐膛空間輻射成像模型及其計算
一、三維爐膛系統的描述
二、二維輻射能成像計算
三、三維輻射強度成像計算方法一：
第二節 爐膛溫度場正則化重建方法的模擬研究
一、三維溫度場重建的正則化方法
二、三維溫度重建結果及其分析
三、小結
第三節 大型電站燃煤鍋爐爐內三維溫度場可視化實驗研究
一、研究對象及實驗裝置
二、三維溫度場可視化結果
第四節 加熱爐爐內三維溫度場可視化實驗研究
一、研究對象及實驗裝置
二、實驗結果
三、小結
第五節 基於三維溫度場可視化的燃燒診斷
參考文獻
第九章 聲波法爐內可視化檢測原理與技術
第一節 聲速概念及聲波傳遞衰減特性基礎試驗
一、聲速
二、燃燒氣體中聲波衰減特性試驗
第二節 聲波法測溫原理及試驗研究
一、聲波在非等溫流場中的傳播
二、聲波法溫度場重建基本原理
三、二維燃燒溫度分布監測及燃燒診斷
第三節 聲波法空氣動力場可視化原理和技術
一、四角切圓爐膛簡化模型動力場重建研究
二、一般爐膛空氣動力場聲波法監測
三、簡要評述
參考文獻
第十章 基於爐內可視化的燃燒最佳化控制
第一節 爐內輻射換熱原理及輻射能信號檢測
一、爐內輻射換熱原理及輻射能信號定義
二、火焰輻射能信號檢測及其分析
第二節 基於輻射能信號反饋的燃燒及機組負荷控制
一、基於輻射能信號反饋的燃燒控制
二、基於輻射能信號反饋的機組負荷控制
第三節 煤粉爐內三維燃燒溫度分布最佳化控制方法
一、爐膛三維溫度場分布模型
二、係數矩陣D的計算
三、採用遺傳算法的燃燒最佳化控制方法
第四節 爐內燃燒控制其他方法
一、基於聲波法測溫的爐內燃燒控制
二、基於模型的燃煤電廠NOx排放實時控制
參考文獻
主題索引
序言
我於1993年完成的博士學位論文中，即開始涉及爐內火焰檢測的研究。1994年我開始博士後研究工作，當年就作為負責人獲得國家自然科學基金項目的資助（項目名稱：煤粉燃燒過程穩定性動態分析及其診斷，項目編號59476026），同時承擔甘肅省電力試驗研究所科研合作項目，開始致力於爐內火焰圖像處理燃燒監控的研究工作。
1996年，我再次獲得國家自然科學基金資助項目(項目名稱：煤粉爐膛燃燒三維瞬態溫度分布重建，項目編號59606007)，將研究重點集中在採用火焰輻射圖像處理技術實現爐內三維燃燒溫度場分布可視化的理論和方法上。2001年，在爐內三維可視化監測技術基本成型的條件下，我第三次獲得國家自然科學基金的資助（項目名稱：低氮氧化物排放燃燒最佳化控制新方法研究，項目編號50176056），以控制爐內三維溫度水平及其分布作為控制氮氧化物生成途徑。1999年，我主持國家教育部重點科技項目（項目名稱：大型電站燃煤鍋爐爐內輻射傳熱逆問題研究及其可視化），獲得了國家教育部首屆青年教師教學和科研獎勵計畫的支持；2001年，我主持國家科技部科技型中小企業技術創新基金項目（項目名稱：採用爐膛火焰圖像處理技術的新一代燃燒監控系統），繼續在國家部委項目的支持下進行燃燒火焰圖像處理檢測技術的研究和開發。在同一時期，我相繼承擔湖南、湖北省電力局科技合作項目，還有武漢鋼電股份有限公司、湖北省青山熱電廠、河南姚孟發電有限責任公司、廣東電力發展有限公司沙角A發電廠等單位的科研合作項目，使得我不斷有機會和條件把理論研究和實際套用結合起來，相互促進，在採用火焰輻射圖像處理技術實現爐內燃燒三維可視化方面進行系統性的、理論結合實踐的艱苦研究和探索。
10年來，獲得了四項國家發明專利，該方向研究在國內外發表論文40多篇，其中SCI收錄10篇，EI收錄20篇，火焰圖像處理研究方面的論文被國內外引用超過100次。2004年3月，我作為負責人和武漢鋼電股份有限責任公司聯合完成的《670t/h電站燃煤鍋爐爐內三維溫度場實時監測及燃燒最佳化研究》項目，通過由湖北省科技廳組織的專家鑑定，以哈爾濱工業大學秦裕琨院士為主任委員的專家委員會鑑定認為“本項目具有重要的創新性，在用輻射圖像處理方法測量爐內三維溫度場分布方面達到國際領先水平”，相關研究成果已獲得2004年度湖北省科技成果二等獎。2004年7月25日至7月31日，我參加在美國芝加哥舉行的第30屆國際燃燒會議，宣讀有關爐內三維燃燒溫度場可視化試驗研究的論文，論文已被收入到已出版的“Proceedings of the Combustion Institute”(2005, Vol?30)中。在這個時期，國內外在基於火焰輻射圖像處理的燃燒檢測和診斷方面開展了活躍的研究，同行的成果為此方向研究的初步系統化起到了不可或缺的作用，我也從中汲取了豐富的營養。
