基于SA-ELM的声学层析成像温度分布重建算法

在化工领域中,获取准确的温度分布信息具有极其重要的意义。声学层析成像(AT)具有非侵入传感、廉价等优点,因而被认为是一种具有广阔发展前景的可视化温度分布测量方法。将AT用于温度分布测量,提出一种SA-ELM算法改进重建质量。首先,利用稳健估计建立了基于L1范数的目标泛函,采用模拟退火算法(SA)对目标泛函进行求解,得到粗网格下的温度分布;最后,采用极限学习机(ELM)来预测经细化网格后的温度分布。数值仿真和实验研究途径评估该方法的可行性与有效性,结果表明SA-ELM算法能够有效提高温度分布重建质量和鲁棒性,从而为AT反问题的求解提供了一种新的有效方法。     

固定床反应器传热参数的求取

采用模拟平板弯曲变形的曲面样条函数表达温度分布函数，由此建立一种在固定床反应器内由实验数据推算传热参数的算法，并求出一个温度分布函数。线性方程组的求解采用全主元高斯消去法，目标函数的求解采用单纯形法。本方法计算结果可靠，与文献值符合良好。此法还具有算法稳定，对初值要求不高等优点。     

基于SQP算法的弥散介质辐射物性场重建

介质的辐射物性的参数测量在高温火焰燃烧诊断、无损检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用。传统的直接测量方法得到的大多是测量试件的等效物性,精确的测量通常需要通过反演的方法得到。利用时域辐射传输方程模拟脉冲激光在弥散介质内的传输,求解介质边界的透反射信号。采用序列二次规划（sequential quadratic programming,SQP）算法求解反问题,重建了二维弥散介质内的吸收系数和散射系数分布。利用广义的高斯-马尔科夫随机场模型构建正则化项,加入目标函数中以克服反问题的病态特性。同时使用OpenMP并行计算技术对部分代码做了并行化处理,从而大大减少了重建时间。重建结果表明基于SQP算法能够很好地重建出吸收系数和散射系数的分布。     

圆柱坐标系下非稳态导热问题改进数值求解方法

针对圆柱坐标系下的非稳态导热问题,通常采用集总参数法和格林函数法,但其具有一定的局限性。为提高求解精度和广度,将圆柱坐标系下的导热方程转化为类直角坐标系下的导热方程,采用有限容积法(FVM)求解计算区域内的温度场,通过加密网格确定网格无关解,并与两种坐标系下求出的温度对比。计算结果表明,类直角坐标系下得出的温度分布更符合实际情况。     

两相流电阻层析成像测量电路与图像重建

提出一种用于两相流测量的高速电阻层析成像（electrical resistance tomography，ERT）系统。该系统采用双极性脉冲电流源为激励电极对提供激励信号，避免了直流激励造成的电极极化效应，同时简化了滤波电路的设计，相对于常规的交流激励ERT系统显著提高了数据采集速度。针对成像速度较快但成像质量差的线性反投影算法（linear back projection,LBP），采用离线预迭代技术对其进行改进，提出一种改进型线性反投影算法（modified LBP, MLBP），可高速重建较好质量的ERT图像。数值仿真和采用实际测量数据重建图像的结果表明，基于高速数据采集技术和改进的图像重建算法的高速ERT系统可实现两相流实时在线测量。     

基于电性拓扑状态指数的二元液体混合物自燃温度的预测

利用AITTA551自燃温度测试仪,测得不同组分和配比下的28组168个二元可燃混合液体自燃温度（AIT）;基于电性拓扑状态指数（ETSI）理论,计算获得不同原子类型所对应的混合ETSI值;采用添加指数递减惯性权重的改进粒子群算法（MPSO）优化支持向量机（SVM）的超平面参数,建立根据原子类型混合ETSI值来预测混合物自燃温度的MPSO-SVM模型。结果表明,基于电性拓扑状态指数能够有效预测二元液体混合物自燃温度,MPSO-SVM模型的复相关系数R²为0.991,平均绝对误差AAE为3.962 K。MPSO-SVM模型的泛化性能和预测精度明显优于多元线性回归（MLR）、网格搜索法（GSM-SVM）、遗传算法（GA-SVM）、标准粒子群算法（PSO-SVM）模型。本研究为工程上提供了一种预测二元混合物自燃温度的有效途径。     

基于电容层析成像多相流检测的动态重建算法研究

为了提高ECT图像重建质量,提高ECT在线监测的精确性,提出了一种广义动态图像重建算法(DR),集合了ECT测量信息和流动对象的物理演变信息。该算法同时考虑被测对象的空间约束、时间约束以及动态变化信息的目标功能。动态实验研究表明,该算法成功解决ECT逆问题,有效突破了ECT图像重建的数值不稳定性,其成像质量明显好于一般的静态图像重建算法。     

高炉炉底温度分布

本文采用有限元素法求解二维稳定温度埸,应用迭代技术确定炉底1150℃等温线位置,提供了一种计算高炉炉底温度分布的有效方法。编制了计算程序。并就几种不同衬里条件的炉底温度分布进行了讨论。     

基于SQP算法的弥散介质辐射物性场重建

介质的辐射物性的参数测量在高温火焰燃烧诊断、无损检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用。传统的直接测量方法得到的大多是测量试件的等效物性,精确的测量通常需要通过反演的方法得到。利用时域辐射传输方程模拟脉冲激光在弥散介质内的传输,求解介质边界的透反射信号。采用序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)算法求解反问题,重建了二维弥散介质内的吸收系数和散射系数分布。利用广义的高斯-马尔科夫随机场模型构建正则化项,加入目标函数中以克服反问题的病态特性。同时使用OpenMP并行计算技术对部分代码做了并行化处理,从而大大减少了重建时间。重建结果表明基于SQP算法能够很好地重建出吸收系数和散射系数的分布。     

一种扰动自适应的鲁棒预测控制算法

针对实际生产中扰动的时变性,提出了一种扰动自适应的鲁棒预测控制（RAMPC）算法以提高扰动抑制性能。采用时间序列（ARMA）模型在线辨识系统的不可测扰动,通过基于多次迭代思想的递推辨识算法（multi-iteration pseudo-linear regression,MIPLR）来保证在线辨识的质量和收敛速度。考虑到数据与辨识模型的不确定性,改用min-max形式描述MPC算法的控制作用优化命题,并将在线辨识过程中的误差数据引入min-max命题,使在线辨识与控制作用鲁棒优化求解紧密结合起来,提高算法鲁棒性。进一步将此min-max问题转换为一个等效的非线性min问题,并采用多步线性化方法实现快速求解,解决了传统min-max方法在线计算负荷高的问题。仿真结果表明了该算法的有效性。     

电容层析成像技术在线测量气固流化床空隙率的研究

基于电容层析成像技术，提出了一种在线测量气固流化床空隙率的新方法。建立了相应的12电极电容层析成像气固流化床空隙率测量系统，可同时实现气固 流化床空隙率分布的在线显示和整体空隙率测量。选择加权反投影算法进行图像重建以保证空隙率分布显示的实时性和有效性。采用Tikhonov正则化原理和ART算法相结合的组合型新图像重建算法来实现整体空隙率的测量。Tikhonov正则化原理用于克服图像重建过程中的不适定问题，ART算法用于提高最终重建图像的质量。研究表明以上提出的空隙率测量新方法是有效的。空隙率分布在线测量的速度可达25幅／秒以上，整体空隙率测量的最大误差可小于5％。     

融合电容层析成像先验信息的集合卡尔曼滤波统计估计

提出融合先验信息的电容层析成像(ECT)系统信息融合成像法——基于Bayesian重建算法的集合卡尔曼滤波融合算法(EnKF)。其优势在于能充分利用流体动力方面的先验信息,进一步修正原始迭代算法的重建图像质量。Bayesian重建算法在重建图像的迭代过程充分考虑噪声和图像的概率分布,完成初步成像过程。集合卡尔曼滤波算法利用先验信息实现对多相流流体流动的预测,继而改善成像质量。此外,为了便于估算误差的协方差,多相流的相分布作为EnKF融合方法的估计对象,用状态向量空间的灰度差分统计描述,明显改善了通过状态向量空间模型获得的统计估算结果。仿真和试验的结果都充分表明了在ECT系统中集合卡尔曼滤波融合方法的可行性。     

Reconstruction of electrical capacitance tomography images based on fast linearized alternating direction method of multipliers for two-phase flow system

Electrical capacitance tomography (ECT) has been applied to two-phase flow measurement in recent years. Image reconstruction algorithms play an important role in the successful applications of ECT. To solve the il-posed and nonlinear inverse problem of ECT image reconstruction, a new ECT image reconstruction method based on fast lin-earized alternating direction method of multipliers (FLADMM) is proposed in this paper. On the basis of theoretical analysis of compressed sensing (CS), the data acquisition of ECT is regarded as a linear measurement process of permittivity distribution signal of pipe section. A new measurement matrix is designed and L1 regularization method is used to convert ECT inverse problem to a convex relaxation problem which contains prior knowledge. A new fast alternating direction method of multipliers which contained linearized idea is employed to minimize the objective function. Simulation data and experimental results indicate that compared with other methods, the quality and speed of reconstructed images are markedly improved. Also, the dynamic experimental results in-dicate that the proposed algorithm can fulfil the real-time requirement of ECT systems in the application.     

应用电容层析成像对多相流的动态可视化(英文)

Identifying the flow patterns is vital for understanding the complicated physical mechanisms in multiphase flows.For this purpose,electrical capacitance tomography(ECT) technique is considered as a promising visualization method for the flow pattern identification,in which image reconstruction algorithms play an important role.In this paper,a generalized dynamic reconstruction model,which integrates ECT measurement information and physical evolution information of the objects of interest,was presented.A generalized objective functional that simultaneously considers the spatial constraints,temporal constraints and dynamic evolution information of the objects of interest was proposed.Numerical simulations and experiments were implemented to evaluate the feasibility and efficiency of the proposed algorithm.For the cases considered in this paper,the proposed algorithm can well reconstruct the flow patterns,and the quality of the reconstructed images is improved,which indicates that the proposed algorithm is competent to reconstruct the flow patterns in the visualization of multiphase flows.     

基于电容层析成像和模糊模式识别的油气两相流流型辨识新方法的研究

基于电容层析成像和模糊模式识别技术别提出了一种油气两相流流型辨识的新方法。建立了12电极电容层析成像流型自动识别系统，该系统利用Tikhonov正则化原理并结合SIRT(Simultaneous Reconstruction Techniques)算法进行图像重建。Tikhonov正则化原理用于克服图像重建过程中的不适定问题，SIRT算法用于提高最终重建图像的质量。根据流型的随机和模糊特性，提出了一种根据管截面重建图像进行流型辨识的模糊流型判别方法。研究结果表明，提出的流型辨识新方法是有效的。对于层状流、核心流、环状流、均相流等流型，流型辨识的准确率高于95％，辨识一个流型所用的时间小于0.3秒。对于塞状流，流型辨识的准确率高于90％。     

基于带约束TSVD方法的粒径分布反演

利用光全散射法,在独立模式下通过测量可见光不同波段下的光谱消光值反演几种常见粒径分布,其中正问题利用反常衍射近似（ADA）计算得到估计值,测量值通过Mie理论计算得到,反问题利用截断奇异值分解（TSVD）的正则化方法,并结合粒径分布非负和粒径分布积分和为1两个约束条件优化反演结果,通过数值模拟证明了带约束的TSVD方法在粒径分布的反演中具有更高的反演精度、稳定性和抗噪性。     

基于改进的RBF网络和自适应小波图像增强的ECT两相流测量系统(英文)

Electrical capacitance tomography(ECT) is a non-invasive imaging technique that aims at visualizing the cross-sectional permittivity distribution and phase distribution of solid/gas two-phase flow based on the measured capacitance.To solve the nonlinear and ill-posed inverse problem:image reconstruction of ECT system,this paper proposed a new image reconstruction method based on improved radial basis function(RBF) neural network combined with adaptive wavelet image enhancement.Firstly,an improved RBF network was applied to establish the mapping model between the reconstruction image pixels and the capacitance values measured.Then,for better image quality,adaptive wavelet image enhancement technique was emphatically analyzed and studied,which belongs to a space-frequency analysis method and is suitable for image feature-enhanced.Through multi-level wavelet decomposition,edge points of the image produced from RBF network can be determined based on the neighborhood property of each sub-band;noise distribution in the space-frequency domain can be estimated based on statistical characteristics;after that a self-adaptive edge enhancement gain can be constructed.Finally,the image is reconstructed with adjusting wavelet coefficients.In this paper,a 12-electrode ECT system and a pneumatic conveying platform were built up to verify this image reconstruction algorithm.Experimental results demonstrated that adaptive wavelet image enhancement technique effectively implemented edge detection and image enhancement,and the improved RBF network and adaptive wavelet image enhancement hybrid algorithm greatly improved the quality of reconstructed image of solid/gas two-phase flow [pulverized coal(PC)/air].     

用于两相流流型显示和空隙率测量的电容层析成像技术

引　言两相流流型的实时显示和空隙率的在线测量对两相流系统的控制、运行乃至机理研究等均具有重要意义 ,一直是两相流领域中重要的研究方向 .现已提出多种实现流型显示和空隙率测量的方法 ,例如用于流型显示的核辐射线法和光学法 ,用于空隙率 (或浓度 )测量的机理估算法、核辐射线法、电学法、光学法、微波法、热学法和核磁共振法等 ,但是总的来讲还未能满足应用要求 ,实际应用的例子也较少[1] .电容层析成像 (ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ,简记ＥＣＴ)技术由于可在不干扰流场的情况下获取反映两相流…