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

1、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)是決定鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，但一直以來(lái)，大型鍋爐爐膛空氣動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)量尚沒(méi)有一種非接觸式的實(shí)時(shí)、在線檢測(cè)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(duì)鍋爐進(jìn)行冷態(tài)條件下的空氣動(dòng)力場(chǎng)測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是接觸式、逐點(diǎn)測(cè)量，顯然在人、財(cái)、物方面需要較大投入，而且時(shí)間長(zhǎng)，準(zhǔn)確度低。聲波法測(cè)量爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)是一種非接觸式、全場(chǎng)測(cè)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(cè)爐內(nèi)氣體速度場(chǎng)的方法與理

2、論，并自主開(kāi)發(fā)了較為初步的聲波法測(cè)量系統(tǒng)。最后進(jìn)行了爐內(nèi)空氣速度場(chǎng)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究，國(guó)際上尚沒(méi)有類似的報(bào)道。 在展開(kāi)聲波法檢測(cè)爐內(nèi)氣體速度場(chǎng)的討論前，文中先給出了傳統(tǒng)方法測(cè)量一次風(fēng)管射流流場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)五孔探針?lè)āIV法測(cè)量及CFD模擬，在一定程度上驗(yàn)證了傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)與不足。五孔探針?lè)ǖ膬?yōu)點(diǎn)是直接，在速度值不太小時(shí)測(cè)量可靠，是常用的流場(chǎng)測(cè)量方法，其缺點(diǎn)是靈敏度不高，不易測(cè)出較弱流場(chǎng)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(cè)量條件苛刻；CFD模擬對(duì)于給定條件的流場(chǎng)，可以詳細(xì)地模擬出其速度分布，但計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，且不能反映流場(chǎng)的實(shí)時(shí)變化。因此，對(duì)于實(shí)際的爐內(nèi)測(cè)量，傳統(tǒng)的流場(chǎng)測(cè)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(chǎng)檢測(cè)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(dòng)的影響，這是聲波法測(cè)量爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)的物理學(xué)基礎(chǔ)。為驗(yàn)證聲波法測(cè)量氣體流速的基本可行性，首先進(jìn)行了聲波法測(cè)量單路徑空氣速度場(chǎng)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(kāi)放的圓管空氣水平射流場(chǎng)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(cè)量。實(shí)驗(yàn)中分別用聲波法和五孔探針?lè)y(cè)量了該區(qū)間內(nèi)的空氣流速，通過(guò)對(duì)比分析，驗(yàn)證了聲波法用于測(cè)量氣體流速的可行性與可靠性。 聲波法檢測(cè)爐內(nèi)二維氣體動(dòng)力場(chǎng)，是在所測(cè)場(chǎng)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(cè)出各條路徑上相反兩方向的聲信號(hào)傳播時(shí)間，即可由矢量層析算法重建出所測(cè)場(chǎng)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(jiǎn)化四角切圓速度場(chǎng)模型，通過(guò)正問(wèn)題和逆問(wèn)題的研究，并進(jìn)行相應(yīng)的誤差分析，驗(yàn)證了聲波法測(cè)量二維速度場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)性和可用性。對(duì)于實(shí)際的四角切圓速度場(chǎng)，本文開(kāi)發(fā)了基于矢量層析算法的一般二維速度場(chǎng)重建程序。該程序在前述簡(jiǎn)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(cè)量爐內(nèi)二維速度場(chǎng)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(tái)架上進(jìn)行的，其尺寸為1.0 1.0 2.45 。實(shí)驗(yàn)研究了對(duì)稱供風(fēng)和非對(duì)稱供風(fēng)條件下切圓流場(chǎng)的聲波法測(cè)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(chǎng)重建程序。完成一次聲波法測(cè)量需要約5秒鐘時(shí)間。作為對(duì)比，對(duì)稱條件速度場(chǎng)分別用熱線風(fēng)速計(jì)和CFD軟件進(jìn)行了測(cè)量及模擬；非對(duì)稱條件下的速度場(chǎng)用CFD進(jìn)行了模擬。對(duì)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(cè)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(guò)，