中心回燃式加热炉燃烧室结构参数优化研究

摘要

本文对中心回燃式油田加热炉的结构优势及目前发展状况进行了综合评述，并对该型油田加热炉燃烧室的结构参数进行了优化研究。鉴于该型油田加热炉燃烧室烟气流动形式的特殊性，本文推导得出了适用于回燃式燃烧室的传热计算方法，并进行了实验验证。 优化设计可以大大降低油田加热炉的生产和运行成本，本文以中心回燃式燃油、燃气锅炉的燃烧室作为一个独立系统，从传热量最大、流动阻力最小、钢耗量最小三方面建立了三个目标函数，分析其允许的工作范围和条件，确立了约束条件，建立了优化设计的数学模型。采用SQP(序列二次规划Sequentialquadraticprogramming)算法，使用拟牛顿更新程序来对Kuhn-Tucher方程累积二阶信息，保证了解的收敛性。在此基础上，对0.2t/h～10t/h系列中心回燃式油田加热炉进行了燃烧室结构参数的最优化设计，设计结果可以为中心回燃式油田加热炉的进一步设计完善提供可靠的技术依据。 由于中心回燃式油田加热炉的射流和回流之间存在着强烈的掺混，采用常规的燃烧室传热计算方法进行传热设计与实际过程存在一定的误差，为此，本文通过理论推导和实验参数回归方法，提出了新的适合于中心回燃式燃油、燃气加热炉的传热计算方法。 此外，本文对一台中心回燃式油田加热炉燃烧室温度场，燃烧室出口烟温进行了测试，绘制出了轴向、径向温度分布曲线，揭示了燃烧室温度分布特性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1中心回燃式加热炉的结构特点

1.1.2研究加热炉燃烧室传热计算方法的必要性

1.1.3最优化方法的特点

1.2国内外在该方向的研究发展综述

1.2.1中心回燃式燃油、燃气加热炉研究发展

1.2.2燃烧室传热计算研究发展

1.2.3最优化方法的研究发展

1.3本文主要研究内容

第2章燃烧室结构参数最优化模型建立及数学求解

2.1最优化设计方法

2.2数学模型的建立

2.2.1目标函数的确定

2.2.2约束条件的确定

2.3问题的求解

2.3.1目标函数的无量纲化

2.3.2求解策略

2.4本章小结

第3章计算机求解的实现

3.1 SQP算法概述

3.2 SQP算法的实现

3.3求解方法

3.4求解结果

3.4.1燃烧室结构参数优化结果

3.4.2优化结果与国外产品之间的比较

3.5求解实例

3.5.1目标函数中各系数的求值

3.5.2约束条件中各系数的求值

3.5.3 Matlab优化工具箱求解过程

3.6本章小结

第4章试验及结果分析

4.1实验目的

4.2试验方案

4.2.1实验设备的基本情况

4.2.2实验设备的主要设计参数

4.2.3测试使用的仪器仪表

4.2.4实验测点布置

4.3实验结果分析

4.3.1火焰平均温度计算方法的实验验证

4.3.2传热计算方法的实验验证

4.3.3优化设计结果的实验验证

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明及哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历