基于CFD低氮分体式燃烧器优化控制系统设计与在线监测

发布时间：2017-07-06 00:10

  本文关键词：基于CFD低氮分体式燃烧器优化控制系统设计与在线监测

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【摘要】：燃烧器(Burner)作为热能动力行业关键加热设备,应用先进测控技术优化其控制实现高效低排放是测控行业在热能动力领域中重要研究方向。论文以基于CFD低氮分体式燃烧器优化控制系统设计与在线监测为题,系统研究基于CFD的低氮分体式燃烧器控制系统优化技术与基于可信的在线监测平台技术,其研究成果对测控学科的发展及促进测试计量学科、仪器仪表学科和计算机学科交叉,具有重要学术价值与现实意义。研究工作得到广州市科技型中小企业技术创新基金项目(2013J4400223)、广州市科技企业孵化器发展专项资金项目(2013J4200015)的资助。论文对分体式燃烧器概况进行阐述,分析总结燃烧器数值模拟技术、燃烧器控制技术、可信度与监测平台技术国内外研究进展,研究分体式燃烧器控制性能上存在并亟需解决问题,提出结合CFD数值模拟技术、人工智能建模优化算法、可信技术和在线监测技术的问题解决方案。论文主要工作包括:(1)针对低氮分体式燃烧器控制、监测功能关键性问题,研究分体式燃烧器低污染高效率的控制优化、监测中需要的关键技术,重点研究综合运用CFD数值模拟技术、先进人工智能建模优化控制算法、可信技术和在线监测平台等先进计算机及测控技术对分体式燃烧器的控制和监测进行优化,在现实应用中具有指导意义;(2)研究燃烧领域CFD数值模拟技术,制定低氮分体式燃烧器CFD数值模拟方案,确定ICEM+FLUENT+Tecplot360为数值模拟工具,结合燃烧理论阐明燃烧相关机理和模型;对分体式燃烧器在次级风旋流叶片机构开度分别为15?、30?、45?空气流场特性以及初级风比例为5.985%、7.925%和15%条件下燃气燃烧特性进行数值模拟与分析,为分体式燃烧器控制优化策略确定提供参考。(3)对低氮分体式燃烧器控制系统软硬件进行设计,分析低氮分体式燃烧器控制系统硬件体系方案,确定以西门子S7-200 PLC作为燃烧器系统控制核心硬件,以此对外围运行参数检测单元、按钮及指示单元、指令执行单元、用户通讯单元等进行硬件选型设计。依据燃烧器各阶段控制流程,对PLC系统软件程序进行模块化设计,进行控制效果测试,为实现低氮分体式燃烧器具有高效低氮排放性能控制系统奠定基础。(4)低氮分体式燃烧器优化控制算法设计,通过低氮分体式燃烧器NOx排放和操作变量实际测量数据,研究基于人工智能算法的低氮分体式燃烧器NOx排放数学建模和控制参数优化,对最小二乘支持向量机(LSSVM)、ELM模型和SVR模型进行NOx排放建模和比较研究,然后应用遗传(GA)算法、3种基于GA的混合算法对分体式燃烧器NOx排放进行优化和分析,提出LSSVM+TSGA为分体式燃烧器实时优化控制最佳方案。(5)设计基于可信技术低氮分体式燃烧器在线监测平台,设计分析基于可信技术的低氮分体式燃烧器在线监测平台方案。用C#开发基于可信技术的在线监测平台,设计基于SQL Server系统的在线监测平台SQL数据库,通过开发身份认证模块、完整性认证模块实现在线监测平台可信服务功能。
【关键词】：人工智能建模&优化算法 分体式燃烧器 可信技术 在线监测 CFD
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 课题提出背景及研究意义12-13
• 1.2 分体式燃烧器概述13-14
• 1.3 论文相关内容的国内外研究进展14-23
• 1.3.1 燃烧器数值模拟研究进展14-16
• 1.3.2 燃烧器先进控制技术研究进展16-20
• 1.3.3 可信度与监测平台技术研究进展20-23
• 1.4 论文主要研究内容23-26
• 第二章 基于CFD分体式燃烧器数值模拟26-48
• 2.1 引言26
• 2.2 分体式燃烧器建模与数值模拟方案设计26-27
• 2.2.1 计算模型26
• 2.2.2 CH_4氧化和NO_x生成机理26-27
• 2.3 不同二次旋流叶片机构开度空气流动特性数值模拟27-35
• 2.3.1 湍流模型28-29
• 2.3.2 模型建立与初始约束条件设置29-30
• 2.3.3 模拟结果分析30-35
• 2.4 不同配风比燃气燃烧数值模拟35-47
• 2.4.1 模型建立与网格划分35-36
• 2.4.2 初始约束条件设置与网格独立性验证36-38
• 2.4.3 模拟结果分析38-47
• 2.5 本章小结47-48
• 第三章 低氮分体式燃烧器控制系统设计48-65
• 3.1 引言48
• 3.2 燃烧器控制系统硬件体系与设计48-55
• 3.2.1 燃烧器控制系统硬件体系48
• 3.2.2 燃烧器控制系统主要外围单元硬件选型48-52
• 3.2.3 PLC控制单元52-54
• 3.2.4 PLC输入输出端口设置54-55
• 3.3 燃烧器控制系统软件体系与设计55-61
• 3.3.1 燃烧器控制系统软件体系55-56
• 3.3.2 控制流程56-59
• 3.3.3 控制软件实现59-61
• 3.4 控制效果试验分析61-63
• 3.4.1 试验平台介绍61-62
• 3.4.2 试验内容和结果62-63
• 3.5 本章小结63-65
• 第四章 低氮分体式燃烧器优化控制算法设计65-79
• 4.1 引言65
• 4.2 燃烧器燃烧优化控制算法65-72
• 4.2.1 NO_x排放模型建立66-68
• 4.2.2 降低NO_x排放的混合人工智能算法68-72
• 4.3 NO_x排放模型建立72-74
• 4.3.1 建模数据72-73
• 4.3.2 基于LSSVM的NOx排放模型73-74
• 4.4 控制效果仿真分析74-78
• 4.4.1 NO_x排放建模方法比较74-75
• 4.4.2 基于CGA, SAGA, PSOGA及TSGA降低NOx排放75-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第五章 基于可信技术的低氮分体式燃烧器在线监测平台设计79-93
• 5.1 引言79
• 5.2 基于可信技术的在线监测平台方案79-83
• 5.2.1 在线监测平台可信度分析79-81
• 5.2.2 基于可信技术的在线监测平台体系结构81-83
• 5.3 基于可信技术的在线监测平台C83-92
• 5.3.1 在线监测平台数据库设计83-85
• 5.3.2 在线监测平台功能实现85-88
• 5.3.3 在线监测平台可信服务功能实现88-92
• 5.4 本章小结92-93
• 结论与展望93-95
• 参考文献95-100
• 攻读硕士学位期间撰写的论文100-101
• 致谢101-102
• 附件102

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本文编号：524090