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摘要
针对在不完全投影数据条件下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布重建难题,提出了一种基于虚拟光线再投影方法的燃烧场二维重建算法。利用有限的测量投影数据进行差分运算获取相同角度下不同位置处虚拟光线投影值,增加光线数量以提高重建质量。采用改进型代数迭代算法对燃烧场进行重建并获取燃烧场的重建初始值,利用再投影方式获取其他投影角度下虚拟光线的投影数据并进行联合迭代,最终实现对燃烧场气体组分浓度与温度二维分布重建。采用近红外波段7 185.6和7 444.35 cm-1两条H2O特征吸收谱线结合21条测量光线对49×49网格区域进行计算,通过对相同光线数量条件不同布置方式燃烧场重建结果进行对比分析,选取了合理的光线布置结构。与传统的采用平滑因子的代数迭代重建算法进行对比,虚拟光线再投影方法的重建精度明显提高,同时该方法消除了人为选择平滑因子对重建结果所带来的主观影响,降低了由于投影角度较少所带来的重建误差。计算结果表明,重建误差随着再投影运算次数的增加而不断下降,当在再投影次数达到十次后重建误差逐渐趋于稳定。在5%噪声幅值条件下进行十次再投影后,温度分布重建误差小于5.76%,浓度分布重建误差小于8.83%,测量噪声对于燃烧场重建结果影响较小。通过对600～1 200 K温度范围内的双峰以及三峰燃烧场模型进行计算分析,验证了虚拟光线再投影方法对于不同工况下燃烧场气体组分浓度、温度二维分布的重建能力。研究结果对有限投影条件下的激光吸收光谱技术二维重建技术理论研究具有重要意义,可促进激光吸收光谱技术在现实燃烧装置中的工程化应用。
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单位南京理工大学; 瞬态物理国家重点实验室
