三维温度场声学测量重建及计算机仿真

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1、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

2、影响温度场重建质量的重要因素之一。论文联盟.Ll.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)图132个传感器的空间分布及测量区域分块图声波从发射传感器到接收传感器之间的传输时间TF(TiefFlying)为：TF=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TFk可表示为：TFk=64i=1Skiai论文联盟.Ll.(2

3、)TFk与声波飞行时间的实测值tk之差为：k=tkTFk=tk64i=1Sikai(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：STSA=STt(5)式中：an；t；S1S2Snn=64;=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=(STS)1STt(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：T(x,y,z)=1/(A2Z2)(7)图2空间网格中的声线途径示意图第条声波途径总的传播时间为6：t=kLkvk(8)在一个10

4、1010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)=20000.05(x2+y2+z2)+1(9)图3球对称温度场模型切片图模型温度场955.22000.0表1中的平均温度相对误差ave和最大温度相对误差ax分别定义为8：ax=TaxTaxTax100%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

5、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。1田丰，邵福群，王福利声学法工业炉温度场检测技术综述J仪表技术与传感器，2002(4)：52-542JHNSNStevenA,GREENLEAFJaesF,TANAKA,etal.RenstrutingthreediensinalteperatureandfluidvelityfieldsfraustitransissineasureentsJ.ISATransatins,1997,16(3):3-15.3SHARZAlexanderl.Three-diensinalrenstrutinfteperatureandvelityfield

6、sinafurnaeJ.PartilePartileSystesharaterizatin,1995,12(2):75-80.4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，2022，22(2)：32-345姜根山，安连锁，杨昆温度梯度场中声线传播途径数值研究J中国电机工程学报，2022，24(10)：210-2146JHNSNSA,GREENLEAFJF,SAAYAA,etal.Renstrutinfthree-diensinalvelityfieldsandtherparaetersbyaustiraytraingJ.etalsTehnlgy,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，2022，30(5)：404-4088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