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锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果介绍
成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果参与单位：华北电力大学
成果完成人：沈国清
炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。
由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。
温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。
创新点
能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。
市场前景
自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。
应用案例
获奖情况
华北电力大学
2023-07-13
声学实验盒
产品详细介绍
杭州教学仪器厂
2021-08-23
声学教学软件
PC专用声波分析软件，带声波发生、波形展示和频谱分析等功能；可通过外接话筒采集各种声波。
宁波华茂文教股份有限公司
2021-08-23
声学实验箱
宁波浪力仪器有限公司（余姚市朗海科教仪器厂）
2021-08-23
声学探究实验箱
箱体为手提式一体工程塑料制作完成，外观尺寸（cm）：55*45*15
主要配置及用材：共鸣盒，鼓膜振动模拟装置，小鼓，钢琴片，音叉、土电话、振动片、八音盒等,各种器材有序嵌放于珍珠棉发泡成型的空间内。
共鸣盒：
规格：150mmx70mmx30mm，材质：ABS，工艺：模具注塑成型，
壁厚：2.5mm，3个圆形回音孔尺寸：直径15mm，
听音孔孔径3mm。音叉插孔2个。
共鸣盒的回音孔设计，使实验中音效更为响亮，加上盒体可同时接插2个听诊器，使聆听实验的音效更为清晰，方便教学。
鼓膜振动模拟装置：
规格：130mmx80mmx40mm，
外壳材质：ABS，模具注塑成型，表面：亚光，壁厚：2mm；
膜盖材质：PC，模具注塑成型，透明。
声音传入装置的喇叭口（模拟人的耳道）后，引起圆形装膜体（模拟人的耳膜）的振动，被透明膜盖罩住的白色泡沫小球在膜的作用下明显地上下跳动，实验效果清晰。
石家庄市艾迪科教设备有限公司
2021-08-23
初中声学热学演示实验箱
产品详细介绍
芜湖市易太教学仪器厂
2021-08-23
超高分辨柔性流场感知系统
与高速飞行的飞机不同，微小型无人机体积小，重量轻，飞行速度低，更容易受到环境湍流的影响，需要高灵敏度的小型气流传感器提供全面的空气动力学信息。如何让微小型无人机像鸟类一样感知和操纵气流一直是航空和传感器领域的难题。
面向微小型无人机的飞行参数测量，北航研发团队研制出一种基于氧化钒的高灵敏度柔性流速传感器，实现了0.11 mm/s和0.1°的超高流速和角度分辨力，实验验证了攻角、侧滑角和空速的多参数感知能力，并完成了微小型无人机飞行速度以及机翼微振动的测量，为微小型无人机提供了低成本、高精度的大气参数传感方案。
该传感器基于量热式原理，由中心微加热器产生恒定温差，四周的热敏电阻阵列测量温度分布，根据热敏电阻阵列测得的温度差准确反映流速大小及方向。采用悬空型隔热结构以及高电阻温度系数材料氧化钒作为热敏电阻以增大传感器的测量灵敏度。在聚酰亚胺基底上通过MEMS工艺加工了总厚度90μm的超薄柔性流速传感器，实现了微小型无人机的曲面贴附功能。经风洞测试，流速传感器的理论分辨力达0.11 mm/s,流速测量重复精度约为测量值的0.5%，响应时间约为20ms。在10 m/s时，流速传感器的最大角度灵敏度为36.7 mV/deg，噪音水平为1.78 mV，根据2σ准则计算出其理论角度分辨力为0.1°。
研究团队已经完成流速传感器工程化样品的制备，并将两个流速传感器装载到一个微小型无人机平台上进行飞行参数感知应用。结果表明平均飞行速度的估计误差低于0.2 m/s。由于流速传感器的高灵敏度特性，它甚至捕捉到了机翼的微振动信息，并与外置IMU模块显示了相同的机翼振动频率。这项研究展示了一种柔性高灵敏度流速传感器，拓宽了流场感知在微小型无人机姿态检测、空速估计以及飞行安全监测方面的应用，为无人机的飞行参数测量提供了创新的设计思路与发展前景。
北京航空航天大学
2024-07-08
【中国教育新闻网】一场科技创新与产教融合的盛会
第63届高博会以“融合·创新·引领：服务高等教育强国建设”为主题。记者走进中铁·长春东北亚国际博览中心展馆，感受一场结合科技创新与产教融合、人才战略与区域振兴的盛会。
中国教育新闻网
2025-05-24
声矢量传感器与声学相机
声矢量传感器是一种可以探测声波矢量特性的高精度、集成化器件，具有体积小、灵敏度高、信噪比高等优势。南京光声超构材料有限公司联合南京大学、中科院声学所等国内一流声学团队，历经数年的合作研究，自主研制出基于质点振速原理的声学矢量传感器，掌握了MEMS器件制备、信号采集与分析等一整套核心技术，其探测指向性、信噪比等关键性能指标优于市场同类产品。这类产品的研制成功将有望填补国内的市场空白，解决智能制造、国防军事等领域的关键问题和迫切需求。
南京大学
2021-04-14
车用声学超材料系列产品
近年来，声学超材料技术发展迅速，声学超材料是指具有负等效质量密度或负等效模量的人工亚波长结构，由于其具有良好的低频弹性波带隙及导波特性，在低频减振降噪方面具有广泛的应用前景。目前车用声学超材料产品尚未在市场上出现，但本团队已掌握其理论设计方法及应用技术，已申报相关工程应用专利4项，另有6项相正在申报中。车用声学超材料产品可实现汽车低频振动及噪声的有效控制，为解决困扰工程界已久的低频问题提供新的途径。
西南交通大学
2016-06-27