考虑声波折射的声学锅炉温度场测量技术的研究

根据炉膛断面理想的温度分布函数,给出了二维单峰圆对称模型温度场,数值计算了声波在模型温度场中沿直线路径的传播时间,用声学CT算法进行了温度场的重建仿真。根据光学Fermat原理和数学变分方法建立的声波传播路径的数学模型,数值计算了声波在模型温度场中的折射传播路径,发现声波在非均匀温度场中不沿直线传播,其传播路径朝向温度较高的区域发生弯曲。利用得到的声波实际传播路径,用声学CT算法重建了温度场,结果表明考虑声波折射后建立的声学法二维温度场精确度得到提高。图5参7     

声波法测量炉内温度场有限元模拟研究

根据切圆炉内典型温度分布特征建立了高斯二维温度场模型,采用有限元软件Comsol并基于声波动方程理论模拟了脉冲声波在温度场中的传播过程,获得了波阵面在相应温度分布下的可视化结果,利用互相关函数法计算了声波在场内的传播时间.作为检验,建立了声线理论模型,并进行基本正确性验证.由声线理论模型得到模拟温度场内声波路径分布,并通过积分法得到理论声波传播时间.结果表明:由波动方程模型模拟出的高斯温度场中的声波传播时间普遍比理论解偏大,误差均在1%以内;误差原因在于数值求解波动方程模型中产生的声源信号伪前移现象,且声源处网格越密、温度越高,伪前移量越大.     

声学法重建炉内温度场的算法研究

基于声学测温的基本原理和理想状态下炉内温度场的分布规律,提出了每条声波传播路径上温度的抛物线函数,利用数值计算插值方法中的平方反比法,得出了测量平面上划分的各网格点温度值,从而实现了二维温度场的重建。基于领域经验,借助工程数学软件MATLAB,对本重建算法进行了计算机仿真,得出了二维温度场的网格立体图和等温线图。最后,将仿真出的温度场和理想温度场比较,进行误差分析,验证了本重建算法的正确性和可行性,取得了声学测温图像重建的一定进展。     

声学法锅炉温度场检测技术及应用

声学法锅炉温度场检测技术是近年来发展起来的一项新技术。介绍了声学温度场检测技术的声学原理和通过测量声波传感器间的声波传播时间 ,然后利用最小二乘原理重建温度场的测量方法 ,并进行了炉膛截面二维温度场重建仿真。对声学烟温测量方法在锅炉烟温测量中的应用及存在的问题进行了分析和讨论。     

基于先验知识的炉内速度场声波法测量研究

采用主动声波法,基于少量测量数据重建切圆燃烧锅炉炉膛空气速度场.从切圆炉内空气速度场服从的物理、数学规律出发,充分利用其有效先验知识使反问题超定,首次提出利用旋转高斯曲面拟合炉内切圆速度矢量场无散分量部分的算法,并结合介质质量守恒定律及相应边界条件,对炉膛二维断面速度场进行了有效重建.在典型的仿真模拟检验基础上,详实的冷态炉膛模型声波法在线测量试验得出了可靠的结果.为该方法进一步研究提供了有效的理论及实验基础.     

基于有限元分析的三相共箱GIS母线温度场分布

为深入研究三相共箱GIS母线损耗发热问题,利用间接耦合法在流场中计算温度,根据流体力学理论,运用有限元法建立了三相共箱GIS母线损耗发热的三维电磁场-流场-温度场计算模型,综合分析了流体流速、重力加速度、电导率温度效应、涡流损耗、对流散热与辐射散热等多种因素对母线温度的影响,研究了三相共箱GIS母线的热源和温度分布规律。结果表明,当母线水平放置时,母线温度呈上高下低、左右对称分布,SF6气体等温线呈现S型分布,母线套管中间导体温度最高,导体上部气体温度高于下部气体温度,并通过试验验证了仿真计算的准确性。     

基于加热弱光纤阵列分布式测量技术的大坝渗流监测新方法

新型弱光纤阵列分布式测量技术是大坝渗流监测的新技术。根据弱光纤光栅测温原理、对流传热方程组和牛顿冷却公式,推导出热光纤渗流监测理论公式。设计了基于加热弱光纤监测渗流的圆筒模型试验,通过光纤周围温度场与渗流场的耦合关系,间接获得圆筒模型的渗流状态。试验结果表明,温度边界层是影响温度场和渗流场的重要因素,渗流水温度对温度边界层影响较大;渗流量与温差ΔT的线性度高;渗流流速u在0.02~0.08cm/s时与ΔT/θ(θ为光纤测量温度与渗流水温度之差)拟合关系式的各项系数与理论推导公式相近。     

声波法测量电站锅炉烟气流速的实验研究

对声波法测量电站锅炉烟道流速的方法进行了冷态模拟.根据时差法求气体流速的原理,实验采用可听声为信号源,结合Fluent流场模拟功能获得声源的较佳布置点,并使用直接互相关算法和经PHAT加权的广义互相关算法对声波飞渡时间进行估计,并通过涡街流量计直接测量风道的气体流速,来验证结果的正确性.结果表明:声波法测量结果与涡街流量计直接测量结果在一定程度上吻合较好,6 000~8 000Hz的扫频信号是较为理想的声源信号,PHAT算法在准确性和灵敏性上均优于直接互相关算法;声波法测量气体流速能达到较高的精度,可作为电站锅炉烟气流速在线监测的有效方法.     

基于可见光-近红外多光谱图像的火焰场参数重建

提出一种新的同时测量火焰温度场、颗粒浓度场和气体浓度场的非接触光学测量技术.在稳态火焰周围安装4台电荷耦合器件(CCD),火焰的多光谱图像是由在CCD前安装的滤波片拍摄得到,使用的滤波片通过波长分别为0.436,μm(蓝光)、0.700,μm(红光)和1.87,μm(水吸收峰).建立了一个在三波长下的辐射反问题模型.通过水对波长的选择吸收性分离出颗粒吸收系数和水的吸收系数.利用统计窄带模型得到水浓度,利用Mie散射理论得到颗粒浓度.模拟两个算例,得到从水浓度场、颗粒浓度场到温度场重建误差依次减小.当颗粒体积分数低于1×10-6时,水浓度场可以准确重建出来.如果要精确测量水浓度,则需要辐射路径测量误差不大于1%,.     

多流场耦合的单井循环换热地能采集井物理场分析

作为同井回灌水源热泵的一种形式,单井循环换热地能采集井非达西效应时渗流场的研究对高效地利用浅层地热能亦具有重要意义。建立Stokes-Forchheimer-Darcy流多流场耦合的流场-温度场数学模型,利用该模型分析算例的物理场,包括温度场及水动力场时空变化规律、出水温度随时间的变化规律。其结果为今后进一步研究单井循环换热地能采集井奠定理论基础,也为有效利用单井循环换热地能采集系统提供科学依据。说明开发利用同井回灌水源热泵对于节约能源、降低碳排放、提高同井回灌水源热泵的工作效率具有重要价值。