基于本征正交分解理论的空冷系统模型降阶方法研究

发布时间：2020-05-20 15:11

【摘要】：火电厂空冷系统是一类复杂的偏微分方程系统,通常采用实验或者数值模拟来研究其流动和传热特性。但是由于系统模型本身复杂的耦合特性和高维的自由度,上述两种方法都需要大量的实验资源和计算时间,无法应用于现实系统的预测和控制。因此,建立一种能够保证足够精度的,具有快速计算特性的空冷系统低阶外推模型具有重要的应用价值。本征正交分解(Proper OrthogonalDecomposition,POD)是一种旨在提取数据主要特征的多变量统计方法,广泛应用于偏微分方程系统的模型降阶。本文针对空冷系统有关数学模型进行降阶处理,建立基于POD方法的有限差分降阶外推模型。首先对二维Rayleigh-Benard热对流模型建立基于POD方法的二维Rayleigh-Benard模型的有限差分降阶模,通过算例分析验证了降阶方法的快速性。其次针对实际电厂600MW空冷系统中的空冷单元,建立了基于N-S方程的流动模型,采用有限差分法进行离散,结合交错网格和泊松方程,求解初始时刻的速度场。提取样本数据构成瞬像集合,依据奇异值分解技术和本征正交分解原理,获取POD基,并以此为基础,建立了二维空冷单元的降阶外推模型。在给定初边值条件下,对降阶前后计算模型进行数值分析比较,结果表明降阶后的计算模型计算时间短,结果误差小,验证了降阶模型的高效性。同时,对不同工况下数值模拟结果进行比较,发现计算时间与工况无关,这是因为对于偏微分方程组数值计算而言,改变工况只是改变了计算的初边值条件,对计算过程中内部迭代求解并无影响,更加突出了降阶模型的灵活性。本文基于POD方法建立的空冷单元降阶外推模型,提高了计算效率,节省了计算时间,且能够保证计算精度,为后续空冷系统的流场分析提供了可靠的依据,具有广泛的应用前景和实用价值。
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本文编号：2672808