基于傳熱學(xué)反問題的鍋爐汽包溫度場重構(gòu).pdf

1、汽包是自然循環(huán)鍋爐的重要組成部分，在火電機(jī)組長期運(yùn)行過程中，復(fù)雜的工況以及汽包內(nèi)部汽水工質(zhì)和壁面間換熱強(qiáng)弱的差異引起汽包內(nèi)外壁溫差不斷變化，從而使得汽包承受交變的熱應(yīng)力而產(chǎn)生低周疲勞損耗，導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生蠕變而性能下降。因此，對汽包壁內(nèi)外溫差的監(jiān)測及控制是保證安全運(yùn)行的重要手段。由于汽包內(nèi)部是高溫高壓的工作環(huán)境，對機(jī)組實(shí)際運(yùn)行而言，在內(nèi)壁安裝熱電偶來對溫度進(jìn)行監(jiān)測的方式可操作性弱，利用傳熱學(xué)反問題的方法，通過汽包外壁有限測點(diǎn)的溫度測量信

2、息來對汽包壁的溫度場進(jìn)行重構(gòu)，具有較強(qiáng)的實(shí)用價值。
　　針對國內(nèi)外關(guān)于汽包壁溫度場計算已有的研究成果及存在的主要問題，本文采用動態(tài)矩陣控制（DMC）算法研究了變水位情況下，汽包內(nèi)部換熱系數(shù)的反演及溫度場重構(gòu)問題，主要研究工作包括：
　　①基于合理的假設(shè)及簡化，建立了汽包傳熱過程的物理模型以及數(shù)學(xué)模型，將汽包模型進(jìn)行空間網(wǎng)格劃分并利用熱平衡法對導(dǎo)熱微分方程進(jìn)行離散，通過Gauss-Seidel迭代對離散后的代數(shù)方程組進(jìn)行求解。

3、通過數(shù)值模擬，得到冷態(tài)啟動初期汽包金屬溫度場分布，并對冷態(tài)啟動初期汽包頂部、中部和底部三處的溫度場及內(nèi)外溫差進(jìn)行分析。
　?、诮榻B了DMC算法的基本思想，以汽包內(nèi)部汽水工質(zhì)與壁面之間的換熱系數(shù)作為待反演參數(shù)，通過汽包傳熱數(shù)學(xué)模型，建立了基于DMC的換熱系數(shù)反演模型。該方法首先通過待反演參數(shù)的階躍變化，求得測點(diǎn)處的動態(tài)階躍響應(yīng)系數(shù)矩陣，建立測點(diǎn)處的溫度預(yù)測模型；其次，利用k， k-1，1k/r時刻的溫度測量信息及溫度預(yù)測信息，對k時

4、刻的換熱系數(shù)進(jìn)行反演。其中，DMC反演算法只取反演結(jié)果中當(dāng)前時刻k下的換熱系數(shù)hk，到下一時刻k-1，按同樣的優(yōu)化方法求得 k/h，實(shí)現(xiàn)“滾動優(yōu)化”。
　?、蹖ζ鼉?nèi)部換熱系數(shù)的反演進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上重構(gòu)了汽包壁的溫度場。驗(yàn)證了基于DMC反演算法的有效性，討論了測點(diǎn)布置方案、測量誤差以及未來時間步r對換熱系數(shù)反演精度及溫度場重構(gòu)的影響。
　　數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明：在汽包外壁水位上下兩側(cè)分別布置單個測點(diǎn)，即可獲得滿足工程