基于后向散射法的蒸汽参数测量方法的改进研究

作     者：唐振洲 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄竹青;黄章俊

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：湿蒸汽测量 后向散射法 理论计算模型 接收角度 图像降噪 

摘      要：汽轮机内湿蒸汽湿度的大小直接影响汽轮机的安全性与经济性,长期以来,关于汽轮机内湿蒸汽的测量问题一直是能源动力工程领域的热门课题。随着高参数、大功率汽轮机发电机组的投产,实时准确的湿蒸汽测量技术迫切需要进一步完善。目前,测量湿蒸汽湿度的方法都有一定的局限性,后向散射法联合CCD成像技术测量湿蒸汽湿度,具有非接触、实时且精确度高等优点,发展潜力巨大。本文以提高湿蒸汽测量精度为目标,对比了对数正态分布函数(Lognormal函数)和R-R函数(Rosin-Rammler函数)对湿蒸汽水滴颗粒的粒径分布描述的影响,完善了散射光强的理论计算模型,并根据水滴群散射特性,优化了 CCD相机的接收角度;采用多角度联合测量,获得了更为全面的水滴颗粒散射信息;依据SDN噪声模型建立了 CCD噪声估计模型,改进了自适应维纳滤波算法,优化了图像的降噪处理方案。论文研究内容总结如下:(1)从Mie散射理论出发,结合Beer-Lambert定理推导了实验模型的散射光强理论计算模型;采用对数正态分布函数(Lognormal函数)和R-R函数(Rosin-Rammler函数)描述了湿蒸汽水滴颗粒的粒径分布,建立了两个理论计算模型;利用Matlab编程对稳定工况和变工况下的实验图像进行了反演计算。结果表明:Lognormal函数和R-R函数反演光强结果与实验数据相对误差在稳定工况下平均分别为3.05%和6.23%,在变工况下分别为1.87%和3.9261%;采用Lognormal函数反演计算的结果更接近实际情况,选用Lognormal函数来描述实验中的湿蒸汽水滴粒径分布。(2)根据后向散射法测量湿蒸汽理论计算模型与实验模型,对水滴群的散射光强分布进行了模拟计算,研究了不同质量中间半径和不同尺度分布参数下各个散射角度的散射光强分布规律;计算了后向5°～10°和后向27°～35°两个散射区间内的各个散射角度的散射光强,认为最适合本文实验的CCD相机接收角度区间为后向7°～8。(3)依据粒子随机涨落理论,推导计算了实验过程中涨落现象的存在对湿蒸汽测量系统中实验散射光的影响,计算结果表明其影响可以忽略;由于单角度测量无法克服时间维度的限制,在工况变化时会影响测量结果的精度,提出了采用多角度联合测量以降低实验测量的误差。(4)依据SDN噪声模型建立了 CCD噪声估计模型,改进了自适应维纳滤波算法;将改进后的自适应维纳滤波算法同经典均值滤波算法进行降噪对比,改进后的维纳滤波算法降噪效果提升明显。