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周怀春

参与性介质辐射传递、火焰检测和分析、燃烧特性和燃烧技术、燃烧诊断与监控、火电机组优化控制等

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姓名：周怀春
目前身份：
担任导师情况：
学位：
学术头衔：

博士生导师
职称：-
学科领域：

热工学
研究兴趣：参与性介质辐射传递、火焰检测和分析、燃烧特性和燃烧技术、燃烧诊断与监控、火电机组优化控制等

个人简介

周怀春，男，1965年生，湖北仙桃人。中共党员。华中科技大学煤燃烧国家重点实验室教授、博士生导师，能源与动力工程学院副院长。兼任湖北省科协第六届全省委员会委员、中国动力工程学会锅炉专委会委员、中国计量学会多相流测试专委会委员。1985、1990、1993年在原华中工学院、华中理工大学电厂热能动力工程专业分别获得工学学士、硕士、博士学位，1994年6月至1996年6月在原华中理工大学机械工程站从事博士后研究工作。2000年和2001年曾两次赴美短期进修。1994年起，作为项目主持人三次获得并完成国家自然科学基金面上资助项目，主持完成1项教育部重点科技项目、1项国家科技型中小企业技术创新基金项目，以及多项横向科研合作项目。已获得4项国家发明专利，另有3项国家发明专利申请已被受理。在国内外学术期刊和国际会议发表论文100余篇，其中三大索引收录45篇次，被国内外他引超过160次。2004年7月应邀赴美国芝加哥参加第30届国际燃烧会议，并宣读论文。参与出版2部著作。2004年获得国家自然科学基金研究成果专著出版基金的资助，2005年5月在科学出版社出版《炉内火焰可视化检测原理与技术》。已指导毕业博士生3名：盛锋、韩曙东、张师帅，均获得了湖北省优秀博士学位论文奖；硕士生30名，其中毕业硕士娄春获得湖北省优秀硕士论文奖。目前正在指导博士后1名、博士生14名、硕士生23名。讲授本科生课程《能源与节能技术》、《火焰可视化》，研究生课程《相干介质的辐射传热》、《燃烧监测与控制》。自1998年担任副系主任、副院长以来，在所分管的研究生教育工作方面得到了各级领导和学生的认可，目前主持动力工程及工程热物理一级学科研究生培养体系改革和课程体系建设。先后获得省部级教学成果奖1项、省部级科技成果奖4项（排名均在前三），湖北省青年科技奖（1997），教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划“首届青年教师奖”（1999），湖北省优秀博士后称号（2001），湖北省优秀研究生导师（2004）。
主要学术贡献为：提出采用Monte Carlo方法求解参与性介质的辐射传递方程的DRESOR法，能够得到迄今为止空间方向分辨率最高的辐射强度分布计算结果，对于卫星遥感、工业检测等领域的辐射成像分析具有重要意义；首创基于火焰辐射图像处理的大型电站锅炉及工业炉窑内燃烧三维温度场实时可视化技术，达到国际领先水平，目前已进入产业化阶段；提出了基于炉内辐射能信号反馈的锅炉燃烧及机组负荷控制新方法，目前正在进行实际应用试验。
目前领导的课题组包括青年教师、博士后和研究生近40人，在参与性介质辐射传递、火焰检测和分析、燃烧特性和燃烧技术、燃烧诊断与监控、火电机组优化控制等方向开展系统性、探索性研究。

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2005-03-21

【期刊论文】四角切圆炉膛三维温度分布优化控制建模研究

周怀春，王淅芬

工程热物理学报，2004，4（25）：695～698，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

炉膛燃烧三维温度分布可视化技术为实现炉内燃烧三维温度分布优化控制奠定了基础。本文采用数值计算的方法建立了炉内不同高度特征截面平均温度及相应的温度中心坐标作为中间被控变量，以各层各角燃烧器燃料量及一次风、二次风量等参数为输入变量的线性模型。检验结果表明该模型能正确反映输入变量的变化对炉内温度分布的影响，为采用自适应遗传算法实施燃烧优化控制创造了条件。

四角切圆锅炉，三维温度分布，燃烧控制，自适应遗传算法

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2005-03-21

【期刊论文】燃煤锅炉炉膛断面温度场可视化实验研究

周怀春，刘浩，娄春，刘尧平，吴秋

热科学与技术，2003，3（2）：250～254，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

在一台300MW燃煤锅炉上进行了炉膛断面温度场可视化实验研究。采用炉膛燃烧数值模拟程序计算沿炉膛高度平均颗粒容积份额的变化，计算出温度场重建所需的辐射参数。由火焰图像重建的炉膛温度场结果表明，燃烧器区域之上某一个断面的温度场呈现典型的单峰分布特征，且其偏斜情况与电厂运行经验基本一致；250MW负荷水平下的最高温度比200MW负荷水平下的最高温度高约80K；断面温度场可视化结果刷新一次的时间不超过5s，满足在线监测的要求。

辐射成像，温度场重建，辐射参数，燃煤炉膛

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2005-03-21

【期刊论文】煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究

周怀春，肖三霞，方庆艳，傅培舫

工程热物理学报，2004，5（25）：891～893，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

采用热天平获得同一种煤在不同升温速率下的TG、DTG曲线，可求出燃烧速率、燃烧温度随燃烬度的变化曲线，根据两个不同升温速率下的数据，可计算出化学动力学参数活化能和指前因子随燃烬度的变化曲线。根据实验数据计算得到四个煤种的反应动力学参数随燃烬度变化的曲线，并预测其中一种煤在第三个升温速率下的燃烧速率随燃烬度的变化曲线，计算结果与实验结果符合较好。用此模型预测了在不同的恒定温度下试验煤种的煤粉燃烧速率随燃烬度的变化趋势。

煤粉燃烧，反应动力学，燃烬度，热重分析

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2005-03-21

【期刊论文】炉膛火焰温度场图象处理试验研究

周怀春，娄新生，肖教芳，尹鹤龄，邓元凯，顾一之，徐方灵，孙国俊

中国电机工程学报，1995，5（15）：295～300，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

借助于计算机图象获取、处理技术，本文提出了一种简单有效的全炉膛火焰二维温度场分布计测方法。以辐射定律为基础对这种方法的基本原理和特点进行了介绍。然后，对一台试验炉的燃烧火焰进行了实验测定，对所摄图象进行了滤波等必要的处理，最后显示了火焰的温度场，以及对燃烧火焰的初步诊断结果。可望将此方法应用于电站锅炉的燃烧监测与管理系统中。

燃烧火焰,，温度分布,，图象处理,，燃烧诊断

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2005-03-21

【期刊论文】具有漫反射边界一维灰性平行平板介质中辐射传递方程的求解

周怀春，程强

工程热物理学报，2004，5（25）：831～833，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

本文提出一种基于蒙特卡洛法（Monte carlo Method，MCM）的新方法在具有漫反射边界一维灰性平行平板介质中求解辐射传递方程（Radiative Transfer Equation，RTE）。该方法能以较高的方向分辨率精确地计算任意点的辐射强度而不需要辐射能量平衡。验证结果显示了该方法的有效性和正确性。并且这种方法具有的一些特点，例如不同辐射源对辐射强度分布贡献的可加性和自动满足边界条件等，使得用该方法更容易处理复杂的辐射换热并行计算问题和复杂的边界条件问题。

辐射传递方程，辐射强度，蒙特卡洛法，漫反射边界

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2005-03-21

【期刊论文】基于自组织神经网络的燃烧诊断研究

周怀春，韩才元，朱和平，崔和平，张正方

控制理论与应用，1994，5（11）：600～603，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

自组织神经网络原理被尝试应用到燃烧诊断系统中。网络的输入是从稳定和非稳定燃烧工况下获取的火焰辐射信号的频谱估计值。经过自组织训练后，网络对不同燃烧工况下的输入具有明显不同的输出，通过验证证实了这种方法能对检测到的燃烧火焰信号进行有效的处理，从而获取燃烧状态稳定与否的信息。

神经网络，自组织，燃烧诊断

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2005-03-21

【期刊论文】高温空气燃烧技术—21世纪关键技术之一

周怀春，盛锋，姚洪，郑楚光

《工业炉》1998，1：19～31，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

利用高温预热空气，结合内部气体的强循环，可以形成与诸如扩散火焰与预混火焰等传统火焰完全不同的火焰类型。在高于800℃温度和空气中低于15％氧气条件下所获得的火焰特性包括：炉内均匀温度分布、低Nox生成和低噪音。这种燃烧叫高温空气燃烧HIIAC（High Thempera-ture Air combustion)，目前，在日本受到空前重视。被认为是节能、减少污染物排放和缩小炉子尺寸的一项革命性的技术。在改进炉膛性能方面的这些显著优点可应用于多种火焰加热系统，包括燃气透平系统、锅炉、工业炉和住宅加热装置。

高温空气燃烧,，再生燃烧,，工业炉,， NOx排放,，热效率,，噪音

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2005-03-21

【期刊论文】采用辐射能信号的电站锅炉燃料调节对象建模及控制仿真研究

周怀春，娄新生，尹鹤龄，邓元凯，顾一之，孙国俊

中国电机工程学报，1996，4（16）：226～229，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

针对目前电站锅炉燃料调节对象基本上采用蒸汽参数进行控制的特点，本文采用全炉膛看火电视装置加上计算机图象采集与处理系统获取代表炉内辐射能水平的火焰辐射图象，将其平均灰度值作为中间被调量，与蒸汽压力一起，建立电站锅炉燃料调节对象的数学模型，并通过现场测试，初步确定了模型的参数。在此基础上．构成一种将火焰辐射图象的平均灰度值作为中间被调量的串级燃料控制系统，仿真研究表明该系统能有效地克服燃料侧内扰对蒸汽压力的影响．提高燃烧控制的效率。

电站锅炉,，燃烧控制,，建模,，仿真

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2005-03-21

【期刊论文】采用辐射能反馈信号的火电单元机组负荷控制系统仿真研究

周怀春，张师帅，黄勇理，王巍，黄素逸

中国电机工程学报，2001，2（21）：85～88，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

针对目前单元机组承担调峰任务，负荷增减频繁的现象，引入锅炉炉膛辐射能信号作为中间被调量，对锅炉燃烧率进行反馈控制，构成新的单元机组负荷协调控制方式。仿真研究结果表明，该控制系统能够提高机组负荷的跟踪性能，有效地克服锅炉燃烧率内扰对机组运行的影响，显著提高了系统的控制品质,并易于工程实现。

火电机组，负荷控制，辐射能，仿真研究

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2005-03-21

【期刊论文】Visualization of three-dimensional temperature distributions in a large-scale furnace via regularized reconstruction from radiative energy images: numerical studies

周怀春， Huai-Chun Zhou*， Shu-Dong Han， Feng Sheng， Chu-Guang Zheng

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 72(2002)361-383，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

In this paper, the possibility of visualization of three-dimensional (3-D) temperature distributions in large-scale boiler furnaces from radiative energy images captured by multiple charge-coupled device (CCD) cameras mounted around the furnace is studied numerically. For the calculation of the radiative energy image formation, a fast algorithm proposed by the authors for pinhole imaging is used in this paper, which is based on the Monte Carlo method and combined with a concept of angular factore; ective for image formation. This algorithm is applicable for the emitting, absorbing, and isotropic scattering medium. For the inversion of the 3-D temperature distributions which is an ill-posed problem, a modified Tikhonov regularization method is improved, where the finite di; erence regularizer is defined and can be used in 3-D cases, and the optimal regularization parameter is suggested to be selected by using a post-treatment method. For a 3-D unimodal temperature distribution, the numerical simulation results show that the reconstruction errors for the 3-D temperature distribution can be maintained at levels similar to the measurement error and the visualization quality of the temperature distribution is satisfactory. For a kind of bimodal temperature distribution, the reconstruction errors are higher than those for the unimodal distribution, but the bimodal feature of the temperature distribution can also be reproduced clearly.

Three-dimensional temperature distributions， Radiative energy images， Ill-posed problem， Regularization， Furnaces