湿蒸汽参数测量中Mie散射算法及反演算法的改进

摘要

近年来，随着汽轮机组向大容量、高参数方向不断发展，对电厂运行的经济性和安全性要求愈加严格。汽轮机蒸汽湿度对汽轮机的经济性和安全性具有重要的影响，为确保汽轮机安全经济运行，对汽轮机内部湿蒸汽参数进行实时、准确、非接触测量具有重要的意义。本文以Mie散射理论为基础，对湿蒸汽参数测量中Mie散射算法和反演算法进行了改进，以期更准确和更快速地测量汽轮机蒸汽湿度。
　　首先，在对比分析各种经典的Mie散射算法的基础上，提出了改进的Mie散射算法，并利用Matlab软件进行了编程计算，计算了算法所涉及的参数，分析了该算法的特点。以后向角散射法湿蒸汽测量模型为研究对象，利用连分式算法和改进Mie散射算法计算得到仿真数据，对比了两种算法的运算结果，发现以r=3.6μm为截断点，改进Mie散射算法比连分式算法速度提高30～40％，验证了改进Mie散射算法的准确性和快速性。
　　然后，采用均值滤波法对实验数据进行滤波，对比了实验数据和滤波后数据，滤波后数据曲线变得更加平滑，能有效抑制实际测量中噪声对测量精度的影响。
　　最后，利用粒子群算法和鱼群算法分别对仿真数据进行反演寻优，对两种算法的寻优结果进行分析对比，发现了粒子群算法具有反演精度高、能够有效避免反演结果陷入局部最优和反演速度快的优点，确定以粒子群算法作为湿蒸汽参数反演算法，将反演结果与稳定工况下获得的实验数据进行对比，验证了反演结果的准确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 Mie散射理论

1．2．2 湿蒸汽测量

1．3 本文研究内容

第二章 经典Mie散射算法与散射特性

2．1 光散射理论

2．1．1 光散射理论的基本概念

2．1．2 Lambert-beer定律

2．2 Mie散射理论模型与数值计算方法

2．2．1 Mie散射理论模型

2．2．2 Mie散射系数计算算法

2．2．3 Mie散射算法截止阶数nstop

2．3 Mie散射理论特性

2．4 本章小结

第三章 改进Mie散射算法与湿蒸汽测量理论模型

3．1 改进Mie散射算法

3．1．1 改进Mie散射算法的流程

3．1．2 插值方法

3．1．3 插值法与向前递推算法特性

3．2 蒸汽湿度测量模型

3．2．1 水滴群散射光强理论计算模型

3．2．2 水滴群散射模型

3．2．3 散射模型参数

3．3 临界值f

3．4 改进Mie散射算法计算结果分析

3．5 本章小结

第四章 湿蒸汽参数测量实验与湿度计算

4．1 实验测量系统

4．1．1 实验测量系统

4．1．2 实验测量步骤

4．2 CCD相机标定

4．3 图片去噪

4．4 实验数据的参数反演

4．4．1 湿蒸汽参数反演优化模型

4．4．2 粒子群算法

4．4．3 鱼群算法

4．4．4 实验数据反演寻优

4．5 蒸汽湿度的计算

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录