电站锅炉烟道温度场及流场声学测量技术研究

发布时间：2020-10-01 20:50

　　目前在电站燃煤锅炉中,主要通过汽水侧工质参数的反馈来获取炉内参数以及实现对相关热工参量的控制,但从煤粉进入炉膛到汽水侧工质参数发生变化是一个大延迟、大惯性的滞后过程。已知水平烟道烟气温度和流速可以反映各主要换热面的运行工况,是实现反馈环节优化的重要参数。声学法作为一种新型的非接触式测量方法,能够实现锅炉烟道的烟气温度和流速的实时监测。本文以声学测量原理为基础,对电站锅炉烟道内的温度场及流场进行测量,并搭建模拟烟道声学测量系统试验平台,通过实验研究验证了系统在测量介质流速方面的可行性。论文的主要研究内容包括:1.针对电站锅炉烟道内温度场与流场耦合的实际情况,以及烟道多物理场声学仿真的要求,分别建立温度场、流场和声场数学模型,提出利用有限元软件Comsol Multiphysics求解温度场和流场的声学模型,在温度场、流场单独存在及耦合条件下对声波传播特性进行仿真研究,并对仿真结果进行定量分析。2.对于烟道内三维温度场/流场的声学测量,建立模型温度场和流场分布函数,基于声波传感器的布置方式,利用最小二乘法实现烟道温度场及流场的测量研究。将重建后的温度场及流场分布与相应模型进行比较和误差分析,验证算法的有效性。3.设计并搭建模拟烟道声学测量系统试验平台,在不同实验条件下进行冷态和热态的声学测量实验。着重对烟道内气体流速进行声学测量,实验验证了该系统平台在应用声学法测量介质流速方面的可行性,为实际烟道流场分布的测量提供实验基础。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM621.2
【部分图文】：

温度场分布,温度场分布,单峰,温度场

东南大学硕士学位论文型波传播特性的温度场模型主要有单峰对称（或偏斜）模型，火山口（或偏斜）模型，四峰对称（或偏斜）模型，以及三维球对称模杂，烟道内部的温度场复杂，存在烟温偏差且温度场梯度较大，择模型时考虑到第四章中模拟烟道所在实验室温度条件，则温度场时结合温度场分布的特点，选择单峰对称模型温度场来研究温度型温度场函数如式（2.11）所示。2 22)1(150( , )(-125 125 , -125 12283.5 )15 60x yT x yx mm yemm 为坐标( x , y )处的温度，K 。该模型的最高温度为 343.15 ，温温度场图像如图 2-5 所示，可以发现温度场分布呈单峰对称型。

场分布,模型流,场分布,单峰

图 2-6 宽单峰模型流场分布搭建的模拟烟道声学测量试验平台系统经过声源信号选择的调的正弦信号。众所周知，声波波长与声波频率f 及声波传播示。cf 条件下，空气中声波传播速度约为 340 m /s ，由式（2.1）可知该 3.46mm ，与本文研究的矩形烟道尺寸相比较小，且随着温度样声波频率条件下的声波波长更小。早应用到声学领域用来进行声场建模的理论方法之一，在物理播，在满足波长远小于模型尺寸时，射线声学将声波传播看作的传播，声线途径的距离代表波的传播路径，到达目标经历的

烟道,几何模型,截面

学仿真理论分析可知，在本文研究的烟道模型中，声波波长与模型几为声场模型，Comsol 中几何声学模块的“射线声学（rac）”可实现多物理场耦合条件下的建模与仿真求解，因此本文将场的声学建模，通过声学射线的轨迹结合声波传播路径和传播的影响。音传播的方程源自流体流动的控制方程，即用连续性方程描述程的动量守恒方程及能量守恒方程，以及描述热力学变量的体无损耗且绝热，忽略粘性效应。型是声波在烟道温度场及流场中的传播特性，选取如图 2-4 所示l 中绘制并定义几何模型，单位设置为 mm，单层传感器布置号 1 的传感器坐标（125，60），如图 2-7 所示。

【参考文献】