窑内弥散介质的辐射传递特性及温度场重建研究

摘要

焚烧法因为其物料适应性广、减量化、无害化等明显优点已成为发达国家处理废弃物的主要途径，在我国主要城市也已建立了焚烧处理厂，开始这方面的研究。但同时，研究指出垃圾焚烧也已成为剧毒物质二噁英类化合物产生的主要来源。
　　 目前普遍认为二噁英类化合物的生成与窑内温度场分布有着密切联系，同时焚烧炉内的温度场分布对于焚烧系统的稳定运行、减少窑内结渣等也有着重要意义。而目前典型的废弃物焚烧系统对温度监控仍采用热电偶式测温装置，无法反应整个焚烧系统内实际温度的分布情况。因此本文基于对弥散介质的辐射传递特性的计算方法的研究，尝试将利用火焰辐射对焚烧炉内截面温度场反演重建的技术应用于回转窑焚烧炉。
　　 首先基于Mie散射理论，对球形固体颗粒的辐射特性进行了研究；并计算了回转窑内碳粒及飞灰粒子云的辐射特性参数。对于气体介质的辐射特性参数计算，比较了谱带模型法和逐线计算法的差异，认为谱带模型法的计算精度适用于工程应用，可用于焚烧炉内混合气体的辐射参数计算。随后使用Fluent对废弃物回转窑焚烧状况作了数值模拟，得出了燃烧空间内的温度场分布及气体介质浓度场分布。在此基础上对红外热像仪的发射率设置进行了计算。
　　 最终以两段式回转窑焚烧炉为研究对象，基于逆向Monte Carlo方法，提出了利用电荷耦合器件摄像机所获取的辐射信息进行炉膛断面二维弥散介质温度场快速重建的模型。应用最小二乘QR(LSQR)矩阵分解算法结合维恩定律即可重建出截面温度场。并进行了现场试验研究，试验结果证实了重建方法的可行性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 危险废弃物焚烧处理流程

1.3 课题研究意义

1.4 温度场测量技术研究现状

1.5 弥散介质辐射传递特性研究现状

1.5.1 颗粒辐射特性

1.5.2 气体辐射特性

1.6 研究内容及目标

2 回转窑内气体介质辐射传递特性研究

2.1 单组分介质辐射特性研究

2.1.1 逐线计算法

2.1.2 谱带模型法

2.2 混合气体辐射特性计算

2.3 本章小结

3.回转窑内固体介质的辐射特性研究

3.1 单颗粒的辐射特性

3.2 粒子云的辐射特性

3.3 回转窑内未燃尽碳及飞灰粒子云辐射特性计算

3.4 本章小结

4 基于CFD的回转窑内弥散介质辐射特性计算

4.1 危废回转窑焚烧过程数值模拟

4.1.1 计算实例

4.2.2 模型建立及网格划分

4.2 基于模拟结果对介质辐射参数的计算

4.3 红外热像仪简介

4.4 本章小结

5 基于辐射传递的回转窑焚烧炉内截面温度场重建研究

5.1 重建模型研究

5.2 CCD系统标定

5.2.1 近红外黑白相机

5.2.2 见光彩色相机

5.3 N转窑内实际应用

5.4 本章小结

6 全文总结

参考文献

作者简历