基于特征量匹配的炉膛三维温度场重建研究

摘要

电站锅炉炉内温度场直接影响着燃烧稳定性和污染物排放，研究炉内温度场分布对于锅炉的控制和燃烧优化具有重要的意义。数值模拟和声学测温是炉膛温度场重建领域被广泛应用的两种方法，前者能够重建三维温度场，但其迭代计算时间较长;后者算法简便，实时性强，但在三维温度场重建上尚不完善。为了实现电站锅炉炉膛三维温度场较快重建，论文提出利用特征量匹配的手段将两种方法相结合的方法。论文主要的研究内容包括:
　　1、介绍了CFD对炉膛温度场模拟的方法和燃烧过程中的流动、燃烧和辐射传热模型，并针对四角切圆锅炉的特点选择合适的模型进行了数值模拟，并从定性和定量方面对结果的可靠性进行了验证。
　　2、提出了利用特征量匹配的方法进行炉内三维温度场重建的方法。根据锅炉实际运行情况选取了负荷、过量空气系数、二次风分配、煤粉分配及煤质（热值）5种一级特征量。利用模拟的30多个与特征量变化相关的工况，研究了特征量与温度场之间的关系，并在此基础上采用工况间插值方法得到了初始三维温度场。为了提高温度场重建对温度中心偏移情况的适应性，论文利用飞渡时间作为二级特征量，提出了两种温度场的修正方法——位置平移温度修正法和位置压缩温度修正法。通过仿真说明了位置压缩温度修正方法对初始三维温度场进行修正具有明显的科学性。
　　3、为了提高利用声学法获得温度场偏移信息的准确度，需要对温度场和速度场中的声线路径及飞渡时间变化进行研究。本文根据声线追踪原理，提出了速度场中声线追踪的方法，并利用三角形前向展开法和运动介质中Snell法则分别追踪了不同温度场和速度场中的声线，从定量角度评估了CFD模拟出的四角切圆温度场和速度场中声线“弯曲效应的”影响，指出温度场中声线弯曲效应较为明显，其路径及飞渡时间变化较大，速度场中声线弯曲效应很小可以忽略不计，但飞渡时间变化较大，这也为提高温度场重建精度奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 炉膛温度场数值模拟研究现状

1．2．1 炉内燃烧过程数学模型的发展

1．2．2 炉内燃烧过程模拟的模型选择

1．2．3 网格划分及伪扩散问题的处理

1．2．4 炉内数值模拟在工业实践中的应用

1．3 声学测温研究现状

1．3．1 声学法测温重建算法研究现状

1．3．2 声线追踪原理及声线弯曲补偿算法研究现状

1．3．3 影响温度场重建的其他因素和修正方法

1．3．4 声学法三维温度场重建研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 基于CFD的炉膛温度场数值模拟

2．1 引言

2．2 Fluent软件简介

2．2．1 Fluent特点介绍

2．2．2 Fluent的应用

2．3 炉膛燃烧数学模型概述

2．3．1 燃烧过程的基本方程

2．3．2 气相湍流流动模型

2．3．3 气国两相流模型

2．3．4 煤粉燃烧模型

2．3．5 炉膛辐射模型

2．4 220t／h锅炉炉膛建模

2．4．1 炉膛几何建模及网格划分

2．4．2 模型选择及边界条件计算

2．4．3 炉膛温度场结果分析及验证

2．5 本章小结

第三章 基于燃烧特征量匹配的温度场重建研究

3．1 引言

3．2 燃烧特征量与炉膛温度场关系研究

3．2．1 特征量选取

3．2．2 —级特征量与温度场的关系

3．2．3 二级特征量与温度场的关系

3．3 炉膛温度场插值方法

3．3．1 单一特征量的温度场插值方法

3．3．2 双特征量叠加的温度场插值方法

3．4 基于飞渡时间的炉膛温度场修正方法研究

3．4．1 温度场修正方法介绍

3．4．2 截面温度修正方法仿真与比较

3．5 基于燃烧特征量匹配的温度场重建的流程及仿真

3．5．1 三维温度场重建流程

3．5．2 三维温度场重建仿真实例

3．6 本章小结

第四章 基于声波测温的炉膛声线追踪研究

4．1 引言

4．2 基于有限元的炉内声线计算研究

4．2．1 温度场中声线计算方法

4．2．2 速度场中声线计算方法

4．2．3 声线追踪辅助算法

4．3 声线追踪算法的编程实现

4．3．1 温度场中声线追踪的编程实现

4．3．2 速度场中声线追踪的编程实现

4．4 温度场及速度场对声线传播影响的评估

4．4．1 基于CFD模型的温度场对声线传播的影响

4．4．2 基于CFD模型的速度场对声线传播的影响

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 论文主要内容总结

5．2 论文的展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

作者在攻读硕士学位期间申请的专利

作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目