聲波法檢測爐內(nèi)氣體速度場冷態(tài)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、爐內(nèi)空氣動力場是決定鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，但一直以來，大型鍋爐爐膛空氣動力場的測量尚沒有一種非接觸式的實(shí)時(shí)、在線檢測技術(shù)。目前電廠及工業(yè)鍋爐中一般采用飄帶法結(jié)合風(fēng)速表或熱線風(fēng)速儀等對鍋爐進(jìn)行冷態(tài)條件下的空氣動力場測量。傳統(tǒng)的測量方法是接觸式、逐點(diǎn)測量，顯然在人、財(cái)、物方面需要較大投入，而且時(shí)間長，準(zhǔn)確度低。聲波法測量爐內(nèi)空氣動力場是一種非接觸式、全場測量的方法，本文在前人研究的基礎(chǔ)上豐富和發(fā)展了聲波法檢測爐內(nèi)氣體速度場的方法與理

2、論，并自主開發(fā)了較為初步的聲波法測量系統(tǒng)。最后進(jìn)行了爐內(nèi)空氣速度場測量的實(shí)驗(yàn)研究，國際上尚沒有類似的報(bào)道。 在展開聲波法檢測爐內(nèi)氣體速度場的討論前，文中先給出了傳統(tǒng)方法測量一次風(fēng)管射流流場的實(shí)驗(yàn)。通過五孔探針法、PIV法測量及CFD模擬，在一定程度上驗(yàn)證了傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢與不足。五孔探針法的優(yōu)點(diǎn)是直接，在速度值不太小時(shí)測量可靠，是常用的流場測量方法，其缺點(diǎn)是靈敏度不高，不易測出較弱流場區(qū)域的速度值；PIV法準(zhǔn)確性好、靈敏度高，但工

3、作量大，測量條件苛刻；CFD模擬對于給定條件的流場，可以詳細(xì)地模擬出其速度分布，但計(jì)算時(shí)間長，且不能反映流場的實(shí)時(shí)變化。因此，對于實(shí)際的爐內(nèi)測量，傳統(tǒng)的流場測量方法很難滿足要求，找到一種新的、更為適合和優(yōu)越的爐內(nèi)速度場檢測方法是必要和迫切的。 聲波是一種機(jī)械波，在氣體介質(zhì)中傳播將受所在介質(zhì)物性及運(yùn)動的影響，這是聲波法測量爐內(nèi)空氣動力場的物理學(xué)基礎(chǔ)。為驗(yàn)證聲波法測量氣體流速的基本可行性，首先進(jìn)行了聲波法測量單路徑空氣速度場的實(shí)驗(yàn)。

4、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：根據(jù)傳感器布置合理性，在一開放的圓管空氣水平射流場中選取一與射流軸線成一定夾角的直線區(qū)間，進(jìn)行聲波法單路徑測量。實(shí)驗(yàn)中分別用聲波法和五孔探針法測量了該區(qū)間內(nèi)的空氣流速，通過對比分析，驗(yàn)證了聲波法用于測量氣體流速的可行性與可靠性。 聲波法檢測爐內(nèi)二維氣體動力場，是在所測場四周邊界布置適當(dāng)數(shù)量的聲傳感器，形成網(wǎng)狀交叉的聲傳播路徑，測出各條路徑上相反兩方向的聲信號傳播時(shí)間，即可由矢量層析算法重建出所測場內(nèi)連續(xù)的氣體速度分布

5、。模擬研究中，首先建立了由6個(gè)參數(shù)確定的簡化四角切圓速度場模型，通過正問題和逆問題的研究，并進(jìn)行相應(yīng)的誤差分析，驗(yàn)證了聲波法測量二維速度場的實(shí)現(xiàn)性和可用性。對于實(shí)際的四角切圓速度場，本文開發(fā)了基于矢量層析算法的一般二維速度場重建程序。該程序在前述簡化四角切圓模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同復(fù)雜程度的仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明程序在一定程度上是準(zhǔn)確和可靠的。 本文最后給出了聲波法測量爐內(nèi)二維速度場的冷模實(shí)驗(yàn)研究。該實(shí)驗(yàn)是在一座自行設(shè)計(jì)搭建的爐膛模型

6、臺架上進(jìn)行的，其尺寸為1.0 1.0 2.45 。實(shí)驗(yàn)研究了對稱供風(fēng)和非對稱供風(fēng)條件下切圓流場的聲波法測量情況，分別得出了比較滿意的重建結(jié)果，其計(jì)算程序即為前述一般二維速度場重建程序。完成一次聲波法測量需要約5秒鐘時(shí)間。作為對比，對稱條件速度場分別用熱線風(fēng)速計(jì)和CFD軟件進(jìn)行了測量及模擬；非對稱條件下的速度場用CFD進(jìn)行了模擬。對上述結(jié)果分別作了相應(yīng)的定性和定量分析。結(jié)果表明，聲波法測量結(jié)果與兩種傳統(tǒng)方法得到的結(jié)果能夠較好地相符。不過，