基于自然单元法的高温参与性介质表面光场成像模拟

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1、硕士学位论文基于自然单元法的高温参与性介质表面光场成像模拟OPTICALIMAGINGSIMULATIONOFHIGHTEMPERATUREPARTICIPATINGMEDIUMSURFACEBASEDONNATURALELEMENTMETHOD李义哈尔滨工业大学2015年7月中图分类号：KT123学校代码：10213UDC：621.1.016.7密级：公开工学硕士学位论文基于自然单元法的高温参与性介质表面光场成像模拟硕士研究生：李义导师：谈和平教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:：TK123UDC：621.1.016.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringOPTICALIMAGINGSIMULATIONOFHIGHTEMPERATUREPARTICIPATINGMEDIUMSURFACEBASEDONNATURALELEMENTMETHODCandidate：YiLiSupervisor：Prof.HepingTanAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffilia

3、tion：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：07/2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高温参与性介质的表面成像一直是燃烧和能源动力的重要研究课题，然而目前的成像方法往往只能对某一特定角度进行成像，光场相机可以通过一次曝光采集和记录多角度的光场强度信息。本文利用自然单元法(NEM)求解高温参与性介质火焰模型辐射传输问题，利用模型表面方向辐射强度进行光场成像仿真。本文对圆柱模型各向同性散射、各向异性散射均匀温度场、非

4、均匀温度场黑冷壁面情况的辐射强度进行了求解，得到了圆柱模型内介质和边界上任一点的方向辐射强度，分析了圆柱模型母线上的固定方向辐射强度，并与广义多流法、反向蒙特卡洛方法和DRESOR方法进行了比较，以反向蒙特卡洛方法结果为标准，分析了自然单元法计算结果的误差，可以得出结论自然单元法在求解辐射传输方程时具有较高的精度。本文建立了圆柱形均匀温度场各向同性、各向异性散射圆柱火焰模型和各向同向非均匀温度场非均匀物性的魔方火焰模型，利用光场相机的成像原理将高温参与性介质的表面多角度的辐射强度信息进行采集，并对其进行积分成像。分析了30×30、60×60和90×90空间分辨率对成像

5、结果的影响。高分辨率成像亮度更高，图像更清晰光滑，不同温度之间的分界线也更清晰光滑。研究了不同的立体角方向分辨率对成像结果的影响，10×10和20×20的方向分辨率的光场成像的积分能量成像结果相差不大，相机可以分辨的最小角度越小，对于本课题的后续火焰温度的重建具有更重要的意义。关键字：自然单元法；方向辐射强度；光场成像；参与性介质；微透镜阵列IAbstractAbstractThesurfaceimagingofhightemperatureparticipatingmediaisalwaysanimportantresearchtopicinthefieldofco

6、mbustionandenergypower.However,theimagingmethodcanonlybeimagedatacertainangle.Alightfieldcameracancaptureandrecordmulti-angleopticalintensityinformationfromanexposure.TheproblemofradiativetransferissolvedbyNaturalElementMethod(NEM)inthispaper.Thentheradiationintensityofthemodelsurfaceis

7、usedtosimulatetheopticalfieldimaging.Theradiationintensityofthehomogeneoustemperaturefieldandthenonuniformtemperaturefieldoftheblackcoldwallboundary-conditionoftheisotropicscatteringandanisotropicscatteringofcylindermodelissolved.Theradiationintensityofthemediuminthecylinderand