声学法重建炉膛三维温度场的算法研究

摘要

电站锅炉炉膛内煤粉的燃烧是一个发生在较大空间范围内、具有瞬态变化、随机湍流等特征的过程，对其进行在线监测对于火电厂锅炉安全运行、节能和减排等问题至关重要。而炉内温度分布是直接反映燃烧情况的一个重要参数，因此对炉膛温度场进行实时监测对电站锅炉运行具有重要意义。声学测温技术作为一种非接触测温方法，以其测温范围广、测量速度快、测量精度高以及可用于高温、高腐蚀性等恶劣环境中测温而快速发展起来。本文基于声波理论，重点对声学法重建电站锅炉炉膛三维温度场技术中的算法以及插值方法进行了研究，主要完成了以下工作:
　　首先建立了被测空间区域的温度场模型，并基于所构建的模型给出了声学法测温方案，在插值方法选取克里金插值法的条件下，分别利用最小二乘法、最速下降法以及Tikhonov正则化法对单峰对称温度场模型、单峰偏斜温度场模型以及双峰对称温度场模型进行了计算机仿真，重建结果显示这三种重建算法均可较好地对温度场模型进行重建。从误差分析可以看出，不同算法重建误差会有不同，但差别不大;简单温度场模型下的重建误差小于复杂温度场模型下的重建误差。
　　为了研究插值方法对温度场重建效果的影响，本文在重建算法选取最小二乘法的情况下，分别利用样条插值法、距离平方反比法以及克里金插值这三种不同的插值方法对单峰对称温度场模型、单峰偏斜温度场模型以及双峰对称温度场模型进行了计算机仿真，重建结果显示在相同重建算法下，利用不同的插值方法，三维温度场重建效果会有较大的差别，从三维切片图以及误差对比中可以看出克里金插值法的温度场重建效果明显优于样条插值法以及距离平方反比法的重建效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 温度场测量方法介绍

1．2．1 接触式测量法

1．2．2 非接触式测温法

1．3 声学测温技术国内外研究状况概述

1．3．1 国外

1．3．2 国内

1．4 课题的主要内容和任务

第2章 声学测温技术概述

2．1 声学测温的基本原理

2．1．1 平面声波的波动方程

2．1．2 平面波的运动方程

2．1．3 声速和温度的关系

2．2 影响因素分析

2．2．1 烟气方面

2．2．2 测量方面

2．2．3 重建方法方面

第3章 声学法重建三维温度场

3．1 引言

3．2 三维温度场重建方法

3．2．1 三维温度场重建的基本思路

3．2．2 三维温度场重建MATLAB仿真

3．3 三维温度场模型的建立

3．3．1 三维温度场函数

3．3．2 被测空间区域及有效声波路径

3．3．3 声波飞渡时间

3．3．4 利用重建算法与插值方法重建温度场

3．3．5 三维展示图

3．3．6 温度场重建质量的评价标准

第4章 温度场重建方法的研究

4．1 最小二乘法重建温度场

4．1．1 最小二乘法基本原理

4．1．2 最小二乘法重建三维温度场的具体步骤

4．2 最速下降法重建温度场

4．3 Tikhonov正则化方法重建温度场

4．3．1 Tikhonov正则化方法的基本原理

4．3．2 Tikhonov正则化方法在温度场重建中的应用

4．4 不同算法温度场重建仿真结果与分析

4．5 本章小结

第5章 不同插值方法进行温度场重建

5．1 三次样条插值

5．2 距离平方反比插值

5．3 克里金插值

5．3．1 克里金插值方法的基本概念和基本原理

5．3．2 计算机实验设计与分析

5．3．3 不同算法温度场重建仿真结果与分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢