基于声学法的电厂燃煤炉温度场重建系统设计与实现

发布时间：2017-10-23 06:03

  本文关键词：基于声学法的电厂燃煤炉温度场重建系统设计与实现

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【摘要】：电厂燃煤锅炉炉膛温度是对锅炉火焰监测与控制的重要运行参数。由于锅炉燃烧过程的复杂性,传统测温技术难以实现整个温度场的测量。声学测温法作为一种新的测温技术,具有非接触式、测温范围广、测温原理简单、可在线测量等优点,在炉膛测温中起到越来越重要的作用。本文基于国内外研究现状及前人研究基础,对声学法温度场重建系统的设计进行了研究。本文提出在声学传感器前端安装声波导管以保证其可在高温环境下正常工作,为此对声波在声波导管中的传播特性进行实验研究。结合电厂锅炉背景噪声及前人研究成果,确定以线性扫频信号作为声源信号,同时对导管结构与内衬材料进行说明。在此研究基础上,作者搭建了声波导管实验研究系统。声波导管传播实验表明,声波导管的引入使接收信号与发送信号的互相关包络产生多个峰值,而使用管内壁敷设吸声材料的声波导管会消除多径效应,但是接收信号会存在很大的衰减,声波衰减与导管的长度、导管的内直径、声波的频率有关,合理选择声波导管尤为重要。为获取较为准确的声波飞渡时间,本文提出了互相关时延估计与相关峰内插运算相结合,基于MATLAB平台验证了其减小采样频率所带来的量化误差,保证了时延估计的准确性,且不影响时延估计的实时性。为验证声学法温度场重建的有效性,作者搭建了声学测温系统,并在实验室条件下进行声波飞渡时间的测量及待测区域温度场的重建。针对待测区域内常温无高温区域及存在高温区域的情况,分别进行实验研究与分析。实验结果表明,此声学测温系统能够反映出待测区域的温度场分布,且对高温区域的位置较为敏感。同时也指出利用工业电暖器进行锅炉内部温度场的模拟与抛物线函数模型存在一定的出入,因此在实验中,利用最小二乘法进行待测区域温度场的重建效果更佳。此声学测温系统的搭建与实验研究对于电厂燃煤炉膛温度场分布的测量与研究具有重要的指导意义。
【关键词】：声学测温 声波导管 声波传播特性 温度场重建 声学测温系统
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM621.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 炉膛温度测量技术研究概况9-14
• 1.2.1 炉膛测温方法介绍9-10
• 1.2.2 国内外声学测温研究概况和发展10-11
• 1.2.3 声学测温技术的优势及存在的问题11-12
• 1.2.4 国内外现有产品成果介绍12-14
• 1.3 本文的主要研究内容与结构14-15
• 第二章 声学法测温基本理论与原理15-33
• 2.1 介质温度的测量15-17
• 2.2 飞渡时间测量原理17-20
• 2.3 声学法二维温度场重建算法20-27
• 2.3.1 最小二乘法温度场重建算法20-24
• 2.3.2 基于抛物线函数模型温度场重建算法24-27
• 2.4 声波在声波导管中的传播27-31
• 2.4.1 导管中的声波及截止频率27-29
• 2.4.2 均匀有限导管声波特性29
• 2.4.3 突变截面导管声波特性29-30
• 2.4.4 导管中的衰减声波30-31
• 2.5 本章小节31-33
• 第三章 声波导管传播特性实验研究33-57
• 3.1 声源信号形式的选择33-34
• 3.2 声波导管实验研究的必要性34-35
• 3.3 声波导管的结构及内衬材料说明35-36
• 3.3.1 声波导管的结构35-36
• 3.3.2 内衬材料的说明与选择36
• 3.4 实验设备的组成36-37
• 3.5 声波导管传播特性实验37-55
• 3.5.1 扬声器频响特性的测量37-38
• 3.5.2 直导管下声波信号衰减特性38-41
• 3.5.3 直导管下声波信号多径特性41-44
• 3.5.4 其它非直导管下声波信号多径特性44-54
• 3.5.5 不同导管下声波信号衰减计算54-55
• 3.6 本章小节55-57
• 第四章 声波飞渡时间估计的优化57-69
• 4.1 时延估计算法优化的必要性57-58
• 4.1.1 时延估计量化误差57
• 4.1.2 实际测量中时延误差57-58
• 4.2 相关峰内插运算原理58-60
• 4.2.1 互相关函数峰值抛物线插值58-59
• 4.2.2 互相关函数峰值多项式拟合59-60
• 4.3 相关峰内插运算仿真60-67
• 4.3.1 信噪比对时延估计的影响60-61
• 4.3.2 相关峰内插时延估计流程61-63
• 4.3.3 不同方法求时延仿真结果及分析63-67
• 4.4 本章小节67-69
• 第五章 声学法测温系统的搭建与实验69-89
• 5.1 实验室条件下声学测温系统的搭建69-71
• 5.2 声波飞渡时间的测量与温度场重建71-87
• 5.2.1 常温情况下声波飞渡时延测量与温度场重建71-73
• 5.2.2 中心热源温度变化对时延估计的影响73-74
• 5.2.3 中心偏上热源情况下声波飞渡时延测量与温度场重建74-77
• 5.2.4 中心偏下热源情况下声波飞渡时延测量与温度场重建77-80
• 5.2.5 侧面热源情况下声波飞渡时延测量与温度场重建80-83
• 5.2.6 测量点位置的偏移误差对温度场重建的影响83-86
• 5.2.7 实验结果与误差分析86-87
• 5.3 本章小节87-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 全文工作总结89-90
• 6.2 展望90-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：1081873