基于投影序阵和压缩传感的脉动燃烧四维光偏折层析研究

基本信息
批准号:61205005
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:张斌
学科分类:
依托单位:青岛科技大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李杨,苗展丽,唐元政,任侠,刘龙
关键词:
投影序阵压缩传感复杂流场重建算法4D光偏折层析
结项摘要

Pulsating combustion has been recognized as an important applied technology since it is characterized by high combustion load, reduced pollutant emission, and augmented heat transfer. These characteristics also make it difficult to visualize and measure the combustion flow field. In this project, a new system of theories and methodologies of four-dimensional deflection tomography is constructed to visualize and measure the dynamic changes of combustion flow field. Based on the principle of digital micromirror device, a deflection tomographic setup is presented for obtaining the chronological arrays of multidirectional deflectograms. Deflection projections in different angles of view can be captured synchronously in same optical path condition by high speed camera system. An iterative reconstruction strategy is designed based on ray deflection theory, optimization objective for a very few views tomography, and a priori knowledge fusion. An algorithm is derived for deflection tomographic reconstruction from incomplete data using the compressed sensing framework. The reconstruction method is tested using simulated data for incompleteness conditions similar to those found in the experimental data. Four-dimensional visualization is researched for the reconstruction of flame surface and the variations of parameter distributions. Four-dimensional deflection tomography technique is employed to visualize and measure pulsating combustion flow field. Three-dimensional surface, temperature and density distributions of pulsating combustion are reconstructed and the movies of structure and periodic parameters changes are obtained. Some other methods, such as direct thermocouple measurement and computing fluid dynamical analysis, verify the validity of the reconstruction results of deflection tomography, and some measurement errors that occurred in the process are discussed. A theoretical foundation is provided from the research in this project for the combustion theory research and combustor design. These scientific achievements promote contribute to solve relevant hot problems in the field of energy, environment, and aerospace. It is a promising research to develop new theories of computed tomography and compressed sensing.

脉动燃烧因其优异的燃烧和排放特性在能源、动力等领域具有重要的应用价值,由于脉动燃烧具有复杂的物性和结构特点,其全场显示与测量是仍未完全解决的热点问题。项目旨在研究脉动燃烧的动态变化显示与测量问题,构建新的光偏折四维层析(4D-CT)理论和方法体系。项目拟结合数字微镜器件(DMD)技术原理,建立投影有序阵列可视化方法,结合高速摄像系统实现单CCD、多视角、同时、同光路条件动态采样。以基于光偏折成像原理、极度欠采样的特定优化目标、融合流场先验知识的迭代算法为重建策略,推导非完全投影光偏折CT的压缩传感(CS)重建算法。研究燃烧火焰结构和流场参量变化的4D显示方法,实现脉动火焰三维表面和温度、密度等参量场随时间周期性变化的动态影像。本项目的开展将为脉动燃烧理论研究和新型燃烧器设计提供基础性科学依据,有助于解决能源、环境、航空航天等领域的相关热点问题,同时将推进CT和CS新理论的发展。

项目摘要

脉动燃烧因其优异的燃烧和排放特性在能源、动力等领域具有重要的应用价值,由于脉动燃烧具有复杂的物性和结构特点,其全场显示与测量是仍未完全解决的热点问题。项目旨在研究脉动燃烧的动态变化显示与测量问题,构建新的光偏折四维层析(4D-CT)理论和方法体系。建立了适用于瞬态流场层析的叠栅光偏折投影条纹图有序阵列采样系统,实现了单光栅副、单CCD、多方向、同时、同光路条件的动态采样。构建了适用于少数投影光偏折层析的偏折角压缩传感(CS)修正重建算法和混合正则化重建算法,数值重建验证了新算法相较于已有算法的优越性。实验测量中,对预混燃烧流场进行6视角动态采样,使用新算法对燃烧流场进行截面二维温度分布重建,结合梯度算子进行火焰内外区域温度分布的阈值分割,使用VTK技术对三维体数据进行显示,实现了燃烧流场参量分布及火焰结构的4D可视化。本项为脉动燃烧理论研究和新型燃烧器设计提供了基础性科学依据,有助于解决能源、环境、航空航天等领域的相关热点问题,同时将推进CT和CS新理论的发展。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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