基于声波理论的炉膛温度场重建技术研究

发布时间：2017-05-02 01:08

  本文关键词：基于声波理论的炉膛温度场重建技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：炉膛温度作为大型燃煤锅炉的重要运行参数,对锅炉的控制和诊断具有重要意义。声学测温法具有非接触测量、测量范围广、准确性高以及实时性好等优点,在工业测温中已经得到越来越广泛的关注。本文基于国内外研究现状,对声学法温度场重建技术进行了研究。本文提出采用互相关时延估计法和希尔伯特变换取包络相结合的方法来获得较为准确的声波飞渡时间。作者以互相关特性仿真分析结果为基础,结合实际50MW炉膛内的背景噪声采用分析结果和不同频率声波信号在炉膛内的衰减特性测试结果,最终确定以线性扫频信号作为声波发射信号。为验证取包络方法的有效性,作者在现场炉膛内进行声波飞渡时间测量实验并对采集的数据进行处理分析,结果表明,取包络相比未取包络可以得到更高精度的声波飞渡时间。为获得较为准确的温度分布,作者基于MATLAB平台,以单峰对称和单峰偏斜模型为例,分别采用最小二乘法温度场重建算法和基于抛物线模型的温度场重建算法进行仿真分析。结果表明,传感器数据较多时,两种算法均能较好的重建温度场,且最小二乘法效果稍好。此外,以最小二乘法为例,作者仿真分析了传感器位置精度、声波飞渡时间测量精度、传感器数量和位置分布对温度场重建精度的影响。从仿真结果可以看出,相比传感器位置精度,温度场重建精度对声波飞渡时间的测量精度更为敏感,且当传感器个数越多,位置分布越均匀,温度场重建效果越好。为验证声学法温度场测量的可行性,作者搭建了声学测温系统,并在实验室条件下和现场电站炉膛内进行实验。在实验室条件下的实验结果表明,本系统可以获得较高精度的声波飞渡时间。在现场电站炉膛内实验,对采集到的数据进行处理获得声波飞渡时间后,分别采用最小二乘法和抛物线模型法进行温度场重建。由于炉墙上观火孔数量有限,不能得到足够的声波飞渡时间,导致重建出的温度场效果较差。但相比最小二乘法,抛物线模型法效果稍好,可以得到炉膛内的温度范围。虽然本实验重建出的温度分布还有待验证,但可以为以后实现大量声波飞渡时间的声学法温度场测量奠定基础。
【关键词】：声学测温 声波衰减特性 线性扫频信号 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】：2015
【分类号】：TK229.6;O422
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景和意义8
• 1.2 炉膛温度测量技术介绍8-10
• 1.2.1 接触式测温8-9
• 1.2.2 非接触式测温9-10
• 1.3 国内外声学测温研究现状和发展10-11
• 1.3.1 国外10
• 1.3.2 国内10-11
• 1.4 本文的主要工作内容和创新点11-14
• 第二章 声学法温度场测量基本理论14-26
• 2.1 声波传播速度与温度之间的关系14-16
• 2.2 声学法炉膛温度测量原理16-17
• 2.2.1 单路径测温原理16
• 2.2.2 多路径测温原理16-17
• 2.3 二维温度场重建算法17-22
• 2.3.1 基于最小二乘法的温度场重建算法17-20
• 2.3.2 基于抛物线模型的温度场重建算法20-22
• 2.4 现有声学测温装置介绍22-23
• 2.5 声学测温的优点和存在问题23-24
• 2.6 本章小节24-26
• 第三章 声波飞渡时间测量研究26-46
• 3.1 声波飞渡时间测量概述26
• 3.2 声波飞渡时间测量原理26-28
• 3.2.1 互相关时延估计原理26-27
• 3.2.2 希尔伯特变换原理27-28
• 3.3 炉膛背景噪声分析28-29
• 3.4 声学测温系统声波信号选择29-38
• 3.4.1 声波信号互相关特性仿真分析30-32
• 3.4.2 现场声波信号衰减特性实验32-38
• 3.5 现场声波飞渡测量实验38-44
• 3.6 本章小节44-46
• 第四章 二维温度场重建算法计算机仿真研究46-66
• 4.1 温度场重建仿真概述46-47
• 4.2 基于最小二乘法温度场重建仿真47-53
• 4.2.1 建立理想的温度场数学模型47-48
• 4.2.2 获得声波飞渡时间48-49
• 4.2.3 各子区域温度值计算及温度场重建49-52
• 4.2.4 温度场重建结果分析52-53
• 4.3 基于抛物线模型温度场重建仿真53-57
• 4.3.1 仿真步骤53-56
• 4.3.2 温度场重建结果和分析56-57
• 4.4 传感器位置精度对温度场重建结果的影响57-59
• 4.5 声波飞渡时间测量精度对温度场重建结果的影响59-61
• 4.6 传感器数量和位置分布对温度场重建结果的影响61-64
• 4.7 本章小节64-66
• 第五章 炉膛声学测温系统搭建与实验66-82
• 5.1 炉膛声学测温系统搭建66-72
• 5.1.1 声学测温系统的工作过程66-67
• 5.1.2 硬件系统67-68
• 5.1.3 软件系统68-72
• 5.2 现场锅炉温度场重建实验72-81
• 5.2.1 实验室条件下声波飞渡时间测量试验72-73
• 5.2.2 现场炉膛声波飞渡时间测量试验73-78
• 5.2.3 现场炉膛温度场重建78-81
• 5.3 本章小节81-82
• 第六章 总结和展望82-86
• 6.1 全文工作总结82-83
• 6.2 展望83-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-90

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