三维温度场声学测量重建及计算机仿真.docx

三维温度场声学测量重建及计算机仿真　　三维温度场声学测量重建及计算机仿真　　摘 要：相比单点温度测量而言，温度场的测量更加重要温度场声学测量是目前最有开展前景的一种温度场测量方法，国内尚无人开展三维温度场声学测量的研究，为此，采用计算机模拟仿真的方法进展了三维温度场声学测量重建以最小二乘方法为根底构建了三维温度场声学测量重建算法，以安装了32只声发射/接收传感器、并被均匀地分割成64个空间网格的正立方体型区域为测量空间，在考虑和不考虑声线弯曲效应的情况下，对球对称型模型温度场进展了仿真重建仿真结果不仅与理论预测符合得较好，而且在考虑了声线弯曲效应后，温度场的反演精度有了很大进步，说明声线弯曲效应是影响温度场重建质量的重要因素之一　　 LWlm 　　声学法气体测温的根本原理是基于气体介质中声波的传播速度是该气体介质温度T(x,y,z)的单值函数[4]：　　V=ZT(x,y,z)　　声波从发射传感器到接收传感器之间的传输时间TOF(Time of Flying)为：　　TOF=int;ads　　(1)　　整个温度场被分成64个区域，每一个区域里的温度是未知的，并且被假设为均匀的，要实现被测温度场的重建，首先必须求出每个小区间内的平均温度。

用Delta;Ski表示第k条途径通过第i个小区间的长度，那么由方程(1)，声波沿第k条声波途径的飞行时间TOFk可表示为：　　TOFk=sum;64i=1Delta;Skiai　　 LWlm 　　(2)　　TOFk与声波飞行时间的实测值tk之差为：　　epsilon;k=tk－TOFk=tk－sum;64i=1Delta;Sikai　　(3)　　应用最小二乘法使方程式(3)的平方和最小，可得到正那么方程[3]：　　STbull;Sbull;A=STbull;t　　(5)　　式中：　　an；　　n=64; m=172　　矩阵A中的ai是第i个区域的空间特性，它是温度的函数，是待确定的量由方程(5)可得：　　A=(STbull;S)－1bull;STbull;t　　(6)　　这样，便求出了每一分割区域的空间特性，即声波在该区域传播时声速的倒数，利用声速与温度的函数关系V=ZT(x,y,z)即可求出该区域的温度： (7)　　图2 空间网格中的声线途径示意图　　第m条声波途径总的传播时间为[6]：　　tm=sum;kLmkvk　　(8)　　在一个10 mtimes;10 mtimes;10 m的立方体空间中构造如下一个具有球对称性的模型温度场：　　T(x,y,z)=2 0000.05(x2+y2+z2)+1　　(9)　　图3 球对称温度场模型切片图　　模型温度场955.22 000.0　　表1中的平均温度相对误差epsilon;ave和最大温度相对误差epsilon;max分别定义为[8]：　　epsilon;max=TCmax－TMmaxTMmaxtimes;100%　　本文介绍了三维温度场声学测量方法的原理，在最小二乘法根底上构建了反演重建算法，并对具有球对称性的三维温度场进展了反演重建，同时考虑了声波的弯曲效应对温度场的影响。

仿真计算结果说明，考虑声曲折射后，温度场重建质量得到了很大的改善，由此得知，声波途径的弯曲效应是影响温度场重建质量的一个重要因素另外为了进步声学测温的速度和精度，还需要对传感器的数量和布置方式进展进一步的优化研究　　［2］JOHNSON Steven A, GREENLEAF James F, TANAKA M, et al. Reconstructing three dimensional temperature and fluid velocity fields from acoustic transmission measurements [J]. ISA Transactions, 1997, 16(3): 3-15.　　［4］田丰，王福利，许莉．基于声波传感器的工业炉内温度分布测量［J］．传感器技术，2003，22(2)：32-34．　　［6］JOHNSON S A, GREENLEAF J F, SAMAYOA W A, et al. Reconstruction of three-dimensional velocity fields and other parameters by acoustic ray tracing [J]. Metals Technology, 1975: 46-51.　　［7］姜薇，李太宝．三维声线追踪的正三棱锥前向伸展算法［J］．声学学报，2005，30(5)：404-408．　　［8］盛锋．基于辐射成像逆问题求解的温度场重建方法研究［D］．武汉：华中理工大学，2000．本文档【三维温度场声学测量重建及计算机仿真】更多文档欢迎访问wendang.chazidian 。