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基于全局位置迭代PCSS算法的光场PTV气泡跟踪测速方法

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化工进展 2024年第2期43卷 844-854页

作者：王粤孙凯刘艳陈龙朱效宇许传龙东南大学能源与环境学院江苏南京210096 江苏中科能源动力研究中心江苏连云港222000 中国科学院工程热物理研究所江苏连云港222000

光场粒子跟踪测速(PTV)技术能够在单视角条件下重建气液两相流中气泡的三维空间位置,实现气泡运动轨迹的跟踪,为受限空间条件下气泡参数测量提供了解决方案。然而,在气泡浓度较高以及位移量较大的条件下,光场PTV气泡匹配准确率较低,由... 详细信息

光场粒子跟踪测速(PTV)技术能够在单视角条件下重建气液两相流中气泡的三维空间位置,实现气泡运动轨迹的跟踪,为受限空间条件下气泡参数测量提供了解决方案。然而,在气泡浓度较高以及位移量较大的条件下,光场PTV气泡匹配准确率较低,由此导致气泡运动速度场测量结果出现明显的错误矢量。为解决该问题,本文提出了基于全局位置迭代以及极坐标系统相似技术的气泡匹配方法(GPPI-PCSS),通过PCSS匹配方法所获得的气泡三维速度场对单帧图像内所有气泡的位置进行迭代更新,使两帧图像中的气泡位置逐渐重合,由此获得高准确度的气泡匹配结果。通过开展鼓泡床内气泡运动行为光场PTV实验研究,对GPPI-PCSS方法的准确性进行了评价。结果表明:在采样间隔0.5~7ms、空气流量0.15~0.35L/min工况范围内,GPPI-PCSS方法的气泡匹配准确率的平均值为92.65%,分别高于传统PCSS方法的81.38%和松弛方法的84.12%。此外,通过GPPI-PCSS方法所测量得到的气泡最大运动速度范围为38.34~49.87cm/s,与理论计算值一致,由此证明了所提出的GPPI-PCSS方法可以用于光场PTV技术中,在高气泡浓度、大气泡位移条件下获得准确的气泡速度测量结果。

关键词：光场成像粒子跟踪测速气泡位置匹配极坐标系统相似技术全局位置迭代

基于图像对抗卷积自编码的燃烧稳定性定量监测

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3610-3618,I0023页

作者：韩哲哲曾文浩唐晓雨王益许传龙南京工程学院信息与通信工程学院江苏省南京市211167 江苏顶晶融合电力工程有限公司江苏省南京市210019 东南大学能源与环境学院江苏省南京市210096

燃烧稳定性的准确监测对于优化燃烧状态具有重要意义。传统燃烧稳定性监测方法不仅高度依赖先验专家知识,而且难以实现定量评估。为了克服这些局限性,该文提出一种新的燃烧稳定性定量评价方法。该方法建立一种对抗卷积自编码(adversaria... 详细信息

燃烧稳定性的准确监测对于优化燃烧状态具有重要意义。传统燃烧稳定性监测方法不仅高度依赖先验专家知识,而且难以实现定量评估。为了克服这些局限性,该文提出一种新的燃烧稳定性定量评价方法。该方法建立一种对抗卷积自编码(adversarial convolutional autoencoder,ACAE)提取火焰图像的深层特征,并利用一种定量评价指标进行特征分析。其中,ACAE采用一种新型对抗机制来提高训练效率,从而增强特征学习能力;定量评价指标的数值区间为[0,1],且当评价指标低于0.5时,燃烧状态稳定。通过乙烯燃烧实验测试了稳定性监测方法的可行性。结果表明,由ACAE提取的深层图像特征能够用于定量估计燃烧稳定性。此外,该监测方法具有较强的泛化性能,能够准确识别训练数据集范围以外的火焰图像。

关键词：燃烧稳定性火焰图像对抗卷积自编码定量监测

基于深度残差神经网络的光场PIV粒子场重建方法研究

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光学学报 2024年

作者：傅梦希朱效宇张良许传龙中国航空发动机研究院基础与应用研究中心东南大学大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心

光场PIV(Particle Image Velocimetry, PIV)是一种单相机三维流场测量方法，在狭窄通道复杂流场测量场景下具有独特优势。传统的光场PIV粒子场重建方法存在重建效率低、计算机内存需求大和重建粒子存在拉伸效应等问题。为此，本文提出... 详细信息

光场PIV(Particle Image Velocimetry, PIV)是一种单相机三维流场测量方法，在狭窄通道复杂流场测量场景下具有独特优势。传统的光场PIV粒子场重建方法存在重建效率低、计算机内存需求大和重建粒子存在拉伸效应等问题。为此，本文提出了一种基于深度残差神经网络模型（Particle Reconstruction Convolutional Neural Networks, PRCNN）的快速、高分辨率粒子场重建方法。首先，对原始光场图像进行子孔径图像提取，构建“粒子三维分布-光场子孔径图像”数据集；此后，建立网络模型，采用自定义损失函数进行训练获取预测模型。通过粒子场数值重建以及圆柱绕流三维流场测量实验对该方法重建准确性等进行评价。结果表明，相比于传统的联合代数重建方法（SimultaneousAlgebraic ReconstructionTechnique,SART）,PRCNN可以有效缓解重建拉伸效应，使粒子场重建质量因子提高了153.83%；单张图像重建时间仅需0.098s，加速比达到了3976.53;PRCNN与SART算法计算速度场分布基本一致，在管道中心深度截面上，相对于平面PIV测量结果，SART算法和PRCNN的平均相对误差分别为14.56%和12.92%。证明了PRCNN用于光场PIV技术中实现准确的三维流场测量的可行性。

关键词：光场成像粒子图像测速技术三维粒子场卷积神经网络三维重建

基于SO_(2)吸收谱线的光谱仪波长在线校准方法

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化工进展 2024年第2期43卷 818-822页

作者：苗丰许传龙李健张彪韩少鹏汤光华东南大学能源与环境学院江苏南京210096 南京国电环保科技有限公司江苏南京210061

紫外差分吸收光谱技术已被广泛用于工业污染源废气排放浓度监测。光谱仪作为紫外烟气分析仪的核心器件,易受到温度变化而产生波长漂移,进而影响监测结果的准确性。本文提出了一种光谱仪波长“软”标定方法,通过实验建立标准SO_(2)吸收... 详细信息

紫外差分吸收光谱技术已被广泛用于工业污染源废气排放浓度监测。光谱仪作为紫外烟气分析仪的核心器件,易受到温度变化而产生波长漂移,进而影响监测结果的准确性。本文提出了一种光谱仪波长“软”标定方法,通过实验建立标准SO_(2)吸收谱线极值波长数据库,利用SO_(2)吸光度极值像素点和标准SO_(2)吸收光谱极值波长,对光谱仪像素点与波长的对应函数进行重新拟合,以实现光谱仪波长实时校准。搭建了实验系统,并开展了光谱仪波长标定方法验证研究。结果表明,当光谱仪所处环境温度变化范围为10℃时,采用本文方法可以使993mg/m^(3)NO标气的测量误差从115.2mg/m^(3)降低至21.4mg/m^(3),绝对误差减小了93.8mg/m^(3);当被测SO_(2)为1430mg/m^(3)时,测量系统信噪比较高,波长校准效果最佳;针对低浓度测量现场,可通过增加光谱平均次数来增强光谱信号的信噪比,提高波长在线校准方法的效果。

关键词：紫外差分吸收光谱光谱仪波长校准吸收光谱

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锆中层错金字塔与点缺陷的相互作用研究

固体力学学报 2024年第3期 289-301页

作者：谢荣轩刘燕许传龙田晓宝蒋文涛王清远范海冬四川大学力学系四川大学力学系

锆及其合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能、极小的热中子吸收截面，被用作核燃料包壳材料.在辐照环境中，锆合金内部产生大量的辐照缺陷，严重降低其力学性能和服役寿命.本文运用分子动力学方法研究了锆中层错金字塔与点缺陷(间隙原... 详细信息

锆及其合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能、极小的热中子吸收截面，被用作核燃料包壳材料.在辐照环境中，锆合金内部产生大量的辐照缺陷，严重降低其力学性能和服役寿命.本文运用分子动力学方法研究了锆中层错金字塔与点缺陷(间隙原子、空位)的相互作用，发现当温度为0K和300K时层错金字塔只能吸收间隙原子；当温度为600 K时层错金字塔可以同时吸收间隙原子和空位.为了解释此现象，本文计算了间隙原子/空位与层错金字塔的结合能，结果表明结合能与点缺陷的类型/位置有关：间隙原子的结合能远大于空位结合能，故间隙原子更易于被吸收；同时距离层错金字塔越近，结合能越大，两种点缺陷也更易于被吸收.本文的模拟成果有助于学界认识锆中辐照缺陷的长大机制，为锆合金的抗辐照设计提供理论指导.

关键词：锆分子动力学辐照点缺陷层错金字塔

基于深度卷积神经网络和支持向量机的NO_(x)浓度预测

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中国电机工程学报 2022年第1期42卷 238-247页

作者：余印振韩哲哲许传龙东南大学能源与环境学院火电机组振动国家工程研究中心江苏省南京市210096

NO_(x)浓度的准确预测对于燃烧优化控制至关重要,有利于提高能源利用效率和减少环境污染。提出了一种基于深度卷积神经网络(deep convolution neural network,DCNN)和支持向量机(support vector machine,SVM)的NO_(x)浓度预测方法。该... 详细信息

NO_(x)浓度的准确预测对于燃烧优化控制至关重要,有利于提高能源利用效率和减少环境污染。提出了一种基于深度卷积神经网络(deep convolution neural network,DCNN)和支持向量机(support vector machine,SVM)的NO_(x)浓度预测方法。该方法首先利用DCNN对火焰图像的深层特征进行提取,然后采用支持向量机对所提取到的深层特征进行分析,从而实现NO_(x)浓度预测。通过采集4.2MW重油燃烧锅炉不同燃烧工况下的火焰图像与NO_(x)浓度,对所提出的预测方法的有效性进行测试。试验结果表明,在不同燃烧工况下,DCNN-SVM的均方根误差为1.58mg/m^(3),低于基于静态物理特征的预测模型(7.96mg/m^(3))。表明DCNN-SVM具有较高的预测精度,不仅克服了静态物理特征表达能力的不足,而且摆脱了繁琐的特征设计过程。

关键词：深度卷积神经网络支持向量机 NO_(x)浓度火焰图像

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一种改进的光场µPIV反卷积重建算法

工程热物理学报 2022年第1期43卷 111-116页

作者：顾梦涛李健宋祥磊张彪许传龙东南大学火电机组振动国家工程研究中心能源与环境学院南京210096

光场显微粒子图像测速技术(µPIV)利用Lucy-Richardson反卷积算法重建粒子场时需进行多次迭代计算,重建耗时长。为提高重建效率,本文利用光场µPIV流场测量过程中示踪粒子稀疏分布的特点,提出一种改进的反卷积重建算法。该算法以粒子场... 详细信息

光场显微粒子图像测速技术(µPIV)利用Lucy-Richardson反卷积算法重建粒子场时需进行多次迭代计算,重建耗时长。为提高重建效率,本文利用光场µPIV流场测量过程中示踪粒子稀疏分布的特点,提出一种改进的反卷积重建算法。该算法以粒子场中非零元素与对应点扩散函数的乘积和代替粒子场与点扩散函数的卷积运算,减少了反卷积重建正过程中粒子场的大量零元素造成的冗余运算,有效地缩短了计算时间。进一步分析了改进重建算法的适用条件,并比较了重建效率和重建质量。结果表明:在本文给定的计算参数下,改进算法的计算时间减少了20%,且重建质量几乎保持不变。

关键词：光场成像微尺度流场反卷积迭代重建稀疏分布

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基于光场成像的燃烧颗粒粒径与速度测量方法

北京航空航天大学学报 2023年第4期49卷 949-956页

作者：张弛黄益智王长健仪建华许传龙东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室西安710065

为实现固体推进剂中金属燃料动态燃烧的精细化表征,提出一种基于光场成像的固体推进剂中燃烧颗粒粒径与速度三维动态同步测量方法。构建固体推进剂燃烧光场成像测量系统,获得金属颗粒动态燃烧过程的光场图像,通过重聚焦算法得到燃烧颗... 详细信息

为实现固体推进剂中金属燃料动态燃烧的精细化表征,提出一种基于光场成像的固体推进剂中燃烧颗粒粒径与速度三维动态同步测量方法。构建固体推进剂燃烧光场成像测量系统,获得金属颗粒动态燃烧过程的光场图像,通过重聚焦算法得到燃烧颗粒场的重聚焦图像;进一步开展光场相机标定实验,获取深度与最佳重聚焦参数的关系曲线;利用图像分割算法对重聚焦图像中的颗粒进行识别和定位,获取燃烧颗粒的粒径大小,并结合三维粒子跟踪技术对颗粒的轨迹和速度进行重构;开展推进剂药条燃烧实验验证研究。结果表明:光场成像技术能够获得不同深度的颗粒信息,跟踪颗粒的动态燃烧过程,并实现对燃烧金属颗粒粒径与三维速度的同步测量。

关键词：光场成像金属燃料粒径动态燃烧三维测量

基于LM-GAUSS固体火箭发动机羽流光场测温方法

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火炸药学报 2022年第6期45卷 891-897页

作者：李金键王丙寅齐琪张彪许传龙东南大学大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心&能源与环境学院江苏南京210096

为了对固体火箭发动机羽流三维温度分布进行准确测量,建立了固体火箭发动机羽流光场辐射测温模型,并针对当前辐射测温技术中重建算法精度低、鲁棒性差等问题提出了一种基于LM-GAUSS混合算法的固发羽流三维温度场的重建方法。利用数值仿... 详细信息

为了对固体火箭发动机羽流三维温度分布进行准确测量,建立了固体火箭发动机羽流光场辐射测温模型,并针对当前辐射测温技术中重建算法精度低、鲁棒性差等问题提出了一种基于LM-GAUSS混合算法的固发羽流三维温度场的重建方法。利用数值仿真分别研究了辐射强度噪声、吸收系数噪声、不同噪声水平及网格划分对本研究所提方法的影响。结果表明,与传统LSQR、NNLS重建算法的仿真结果对比,在10%以内噪声条件下,算法的重建精度优于5%,证明了本研究所提混合算法重建精度高、鲁棒性强的性能。在实验室条件下进行了单光场相机成像火焰三维温度场重建试验,证明了LM-GAUSS的适用性,为后续固发羽流温度的现场测量提供支持。

关键词：固体火箭发动机羽流温度场重建算法光场成像