回旋区煤粉燃烧过程与辐射图像的关联性

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2003年9月重庆大学学报Sep．2003第26卷第9期JournalofChongqingUniversityV01．26No．9文章编号：1000—582X(2003)09一OO93—03回旋区煤粉燃烧过程与辐射图像的关联性’温良英，白晨光，陈登福，董凌燕，邱贵宝，欧阳奇(重庆大学材料科学与工程学院，重庆4OOO44)摘要：高炉喷吹煤粉的喷煤枪出口到回旋区中心是煤粉燃烧的关键区域，为建立高炉回旋区煤粉燃烧与辐射图像之间的关联关系，以燃烧过程数值模拟和辐射图像信息与燃烧空间温度分布的关联

2、性为基础，建立了二维辐射图像信息与高炉风口回旋区内三维辐射能的关系。提出将辐射图像信息作为煤粉燃烧过程数值模拟的辐射边界条件，借助燃烧过程数值模拟技术来估计燃烧介质辐射特性参数的非均匀分布，得到了高炉回旋区煤粉燃烧过程数值模拟与辐射图像处理相结合的方法，提出了一种利用二维成像技术测量三维温度场的方法。关键词：回旋区；煤粉燃烧；辐射图像；数值模拟；温度分布中图分类号：38．6文献标识码：A在高炉喷吹煤粉的条件下，从喷煤枪出口到回旋燃烧工况的辐射能的大小。区中心是煤粉燃烧的关键区域。燃烧过程数值模拟研如图l(a)所示，假设CCD摄相镜头O摄

3、取的是究在近几十年来取得了突出的成绩-3J，但由于目前高炉风口回旋区的燃烧火焰图像，其边界为炉膛壁面，炉内燃烧过程的三维参数分布检测手段的局限，使得镜头O具有立体视角，它将O—ABCD立体范围内燃烧过程数值模拟研究的深人开展受到影响。温度是的辐射在CCD靶面上成像，成像分辨率为N×N。燃烧过程最基本的参量，对燃烧过程的研究离不开温CCD所摄图像中第(，．『)个图像象素的灰度值，就是度的测量。随着技术的发展，各种接触式、非接触式风(J)内个狭长棱锥空间区域的具有辐射能力的气体口测温技术都得到广泛应用J，从基于热电偶直接测悬浮物的辐射能，经

4、过衰减后传递到CCD镜头后的总温的点温测试技术发展到基于红外成像技术的二维温和所决定的。度图像，为高炉风口区燃烧状态研究提供了有效的手D段，但对于三维状态的描述和燃烧状态的定量分析方面仍存在不足J。目前，国内外开始将辐射图像处理技术应用到燃烧的检测中【l-6J。笔者将建立辐射图像信息与高炉风口回旋区内煤粉燃烧过程的关系式，提出将辐射图像信息作为燃烧过程数值模拟的辐射边界条件，借助燃烧过程数值模拟技术来估计燃烧介质辐射特性参数的非均匀分布，以辐射图像处理为基础的炉内三维燃烧温度分布检测方法。(a)(b)1辐射图像与燃烧火焰的辐射能的关系图

5、1CCD镜头成像空间示意图从高炉风口回旋区三维空间摄取的图像实质上是根据Stefen—Boltzmann定律H】，黑体辐射的强度由回旋区内三维温度分布决定的辐射能的一种累积效与其绝对温度的4次方成正比，即应，能够直接反映图像辐射能大小的参数是图像之Eo=cr0(1)间的亮度差异即灰度水平。因此，采用图像处理技术式中：cr0为Boltzmann常数，O'o=5．67×10。。w／m2·I(‘。对火焰图像进行分析，可以获得直接反映回旋区煤粉又根据Wien位移公式，绝对温度与黑体辐射中·收稿日期：2003—05—12作者简介：温良英(1966

6、一)，女，重庆人，重庆大学副教授，博士，从事钢铁冶金，热能转换与利用等方面的研究。维普资讯http://www.cqvip.com重庆大学学报2003阜能量最大的波长A成反比，即AT=b(2)E(A，)+∑·式中：b为常数，b=2．897×l0～m·K。联立式(1)和式(2)可得exp(一∑d,lt"A1)E(A，J’I)AZ(8)，L、4考虑到厶J和K分布的不均匀性，导致的辐射图像=。f、^l(3)m灰度分布不均匀性，将CCD靶面上的二维灰度分布图式(3)表明，辐射能量最大的波长A随着物体辐射能像eJ转化为二维温度分布J决定的辐射能的

7、分布，量的增加向短波长方向移动。～表示为根据光谱研究成果可知，波长越长其亮度越低，即etJ=ci(A，J)(9)波长与亮度成反比，也就是说物体的辐射能量与物体将式(9)代人式(8)，得的灰度水平成递增关系J。同里，回旋区内煤粉燃烧Ll的辐射能与灰度水平成正比例关系，因此，可以用下式c·E(A，J)=~i,／exp(一∑“，AI)E(A，)+表述回旋区内煤粉燃烧火焰的辐射能与CCD靶面上／I图像中第()个象素点灰度水平之间的关系，即∑[d,kexp(一∑Kj,It'，A1)E(A，)△f](10)EtJ=CeJ(4)式中：CtJ=CJ。C

8、J·C~r／[A(JⅣ2)]式中：巨为回旋区煤粉燃烧火焰的辐射能；e为火焰。f因为式(1O)在任何条件下成立，假定风口回旋区图像灰度水平；C为比例系数。内三维温度分布均匀，有J=，故如图1(b)，假设(√)