声波法监测炉内断面切圆流场的实验研究

阐述了声波法监测炉内流场的基本原理,即采用声波传感器测量得到多个路径上声波的传递时间,该传递时间与声波传递的平均速度成反比,进而由炉内流场所决定,从中可重建炉膛断面速度场。在冷态锅炉模型条件下,进行了验证实验。结果显示,该方法是有效的。     

声波法炉膛冷态流场监测系统

利用声波法对锅炉炉内断面流场开展测量试验研究,阐述了所提出的声波发射-接收方法,在原有声波法测量系统基础上对声波采集系统、场重建算法和信号处理等关键方法进行了改进和优化,得出更合理有效的声波法锅炉炉内冷态流场监测系统,并在模型试验台上取得成功应用。另外,通过实验研究得出合理的用于大尺寸炉膛测量的声波法测量信号系统。     

声波法在线检测炉内速度场技术及试验台的建立

对炉内速度场检测技术的国内外进展进行了论述,就利用声波进行炉内速度场的实现进行了一些有益的探索,建立了试验台并作了初步的试验,试验结果表明,利用声波法对炉内速度场实现在线检测是可行的。     

采用声波法监测四角切圆流场二维分布特性的模拟研究

该文模拟研究了声波法四角切圆燃烧锅炉炉膛二维速度场监测方法。建立了一个由6个参数决定的四角切圆流动二维速度场简化模型，该模型能够反映切圆流场的基本特征。采用声波传感器测量得到的多个路径上声波的传递时间包含流场的信息，据此建立了重建出流场分布特征的方法。在一定的模拟流场及测量条件下，通过计算获得声波传递时间，以此作为模拟检测数据，加入不同幅度的测量误差后，所重建出的二维速度场能够反映设定流场的基本特征，证明所研究的方法是稳定和有效的。     

小波分析在声学法炉内空气动力场测量中的应用

声学法测量是炉内动力场检测的先进方法,但是,由于炉内复杂的环境噪声及声波传播时的衰减,声波信号的可靠辨识以获得准确的传播时间成为该方法的关键之一。基于小波技术在包括信号处理等许多方面所具有的巨大优越性,研究了小波分析应用于声学法测量的方法。将静态场中的声波信号加上不同随机噪声并进行滤波分析,证明小波法的结果明显优于传统滤波方法。在此基础上,结合声学法测量中具体声波信号的特点,给出了小波及小波包分析在声波信号消噪处理中的应用方法及其在炉膛模型动力场声学法测量实验中的应用结果。     

基于浓度修正的炉膛温度场及速度场声学重建

对声学法同时重建锅炉炉膛二维温度场及速度场进行了理论和实验研究。基于炉膛内烟气浓度分布的先验信息,提出了一种温度场声学重建的修正方法,并选取2个工况,对温度场和速度场的同时重建进行了数值模拟。模拟结果表明,修正后的算法可以有效减小重建误差,得到比较精确的重建结果。同时,提出了一种获取声波相位差的高精度测量方法,开发了可用于声学重建的双声波频率测量系统,实测结果也证明了该方法的正确性及精确性。     

向心透平蜗壳内流动的实验与数值研究

应用热线单斜丝探针对矩形截面轴向对称蜗壳内速度场进行了测量分析,并基于三维N S方程组,采用分块结构化网格,用数值计算的方法模拟了此蜗壳内气体的流动,湍流模型采用Baldwin Lomax代数模型。结果表明:计算得到的通流速度无论在数值大小上、还是在径向和周向分布趋势上都与实验结果一致;轴向速度在轴向上的分布趋势相近,但数值存在较大差别。     

基于声学技术的非接触式烟气流速测量实验

在不影响烟气管道原有流场的前提下,基于声学技术对电站锅炉烟气流速进行了非接触式实验测量。实验采用扫频信号作为信号源,声源和声音传感器分别布置在流道上下2个端面,倾斜一定角度并呈一条直线;根据时差法求气体流速原理,分别运用基本互相关算法和基于相位变换(PHAT)加权广义互相关算法对声波飞渡时间进行测量;比较不同算法和不同倾斜角的测量结果,找到最合适的倾斜角度,并与涡街流量计测得的结果进行比较,验证其可行性。结果表明:非接触式声波法可以在不影响管道流动的情况下准确测得烟气流速;PHAT加权广义互相关算法在测量准确性和灵敏度方面明显优于基本互相关算法;非接触式声波法声源扫频频率5 000~8 000 Hz、倾斜角20°时测量结果最准确,精确度高。     

利用三角形前向展开法追踪温度梯度场中的声线路径

声波在温度梯度场中传播路径的弯曲效应是影响声学法温度场重建精度的一个重要因素，因而有必要弄清温度梯度场中声波的真实传播路径。二维声线追踪的三角形前向展开法，以几何声学为理论基础，对空间进行三角形划分，由斯涅尔法则确定声线路径。该文使用二维空间中的三角形前向展开方法，对二维温度梯度场中的声线轨迹进行追踪，并分别在具体的单峰对称温度场和单峰偏斜温度场模型中，对该声线追踪算法进行了仿真计算和分析。仿真结果表明，温度梯度场中的声波路径发生了明显的弯曲，并且由高温区域向低温区域弯曲。仿真结果与理论结果是一致的。     

分级进风燃烧室内湍流燃烧的实验研究

为有效地利用分级燃烧技术，达到高效燃烧和低NOx排放的目的，文中建立了分级进风燃烧室热态实验装置系统。利用三维激光粒子动态分析仪(PDA)，选取空心微珠(粉煤灰)作为示踪粒子，对燃烧室内湍流燃烧的气体瞬时速度场进行了实验测量。同时还测量了该燃烧室内气体平均温度和组分浓度分布。在同一工况条件下，获得了分级进风燃烧室内湍流燃烧的一组完整的实验测量数据。包括气体轴向与切向速度场、温度场、O2、CO2、CO与NO浓度场及轴向与切向脉动速度均方根值和轴向-切向脉动速度关联量分布。     

大口径超声波流量计内部流-声耦合特性仿真分析

为了探索工业用大口径水流量管道中超声波流量计的使用及其关键的流场-声场耦合机理,针对一DN500大口径超声波流量计进行了流-声耦合数值模拟研究。系统分析了大口径管道中的流场分布特性,揭示了传感器安装结构对于流场和声场带来的综合影响,给出了声波在管道流体中的传播动力学过程,通过换能器的声压接受信号结果计算得到了大口径管道内超声流量计模型的预估流速及计算偏差,其复杂的流-声耦合机理研究对超声波流量测量性能的提升具有重要意义。     

基于FLUENT的风粉管道风速流场模拟

电站锅炉二次风管道中,难以实现风速的准确测量,其主要原因是由于靠背管的流量系数以及实际安装位置难以有效确定。为了实现二次风速的准确测量,使用流体计算软件FLUENT对二次风管道内不同条件下的风速流场分布进行数值模拟。将模拟条件下的风速与实验获得的风速进行对比分析,选出流量系数的最佳范围;通过数值模拟挡板、弯头对二次风速流场分布的影响,确定靠背管的有效安装位置,从而实现二次风速的准确测量。该方法已在某电厂中得到应用,具有实际工程应用价值。     

基于有限元法的液体媒质超声波电机内部声流场分析及饱和流速研究

与一般超声波电机依靠定、转子之间的摩擦来传递能量不同,非接触型超声波电机的定、转子并不直接接触。该文介绍了液体媒质超声波电机的基本结构及运行机理,阐述了电机运行过程中能量传递的基本过程,揭示了液体中的雷诺应力是电机声流场的驱动力。文章基于Kuznetsov非线性波动方程有限元方法,对液体媒质超声波电机内部声流场进行数值仿真。由声场中的液体微粒振动速度计算声流场驱动力,随后在流体域内用有限元法计算液体的流速。仿真中分别考虑了声场衰减、定子驱动电压及声场非线性对声流场驱动力与液体流速的影响。在数值分析的基础上,对电机运行过程中存在的饱和流速问题进行了进一步的分析。实验结果验证了有限元分析的有效性。     

井下动液面声波信号处理方法研究

石油采收过程中油井动液面深度监测对确保油井的安全生产非常重要.当使用声波法测量油井动液面深度时,受到套管中复杂结构的影响,井口接收到的声波信号的接箍波和液面回波易受到噪声的干扰,导致传统的信号处理方法很难计算声波的速度和旅行时间,从而无法获得油井动液面深度.针对这一问题,首先对接箍波进行巴特沃斯低通滤波,采用短时平均幅度差函数来获取接箍波的平均采样次数,以此来计算声波在油井中传播的速度;在此基础上,对液面回波进行小波去噪,采用小波奇异值检测方法来获取液面回波位置,以此来计算起爆波和液面回波位置的时间差,进而实现油井动液面深度的检测.为了更加直观方便地对比处理效果,设计了基于MATLAB的可视化数据处理软件.选取多组采油现场获得的声波信号进行测试,结果表明,测量绝对误差控制在1 m以内,相对误差不超过0.075％,与其他信号处理方法(相对误差范围0.3％～0.5％)相比,所提的方法误差较小,能够较好地满足实际工程中的需求.     

基于CFD迷宫密封泄漏量的研究

以CFD软件fluent为计算工具,数值模拟了两种不同齿型的直通式迷宫密封的内部流场,分析了密封内部压力和速度场分布.同时,指出密封泄漏量的机理,并计算了两种不同齿型密封的泄漏量.通过改进齿顶几何形状,得到一种减小泄漏量的密封新模型.     

稳态背景流场下超声波流量计内瞬态声场分析

采用Runge-Kutta间断有限元(RKDG)方法对一款Z型超声波水表进行三维数值模拟,计算过程分为流场计算和声场计算两个部分。采用标准k-ε模型获得超声传播的稳态背景流场。对声学变量作线性化假设,从欧拉方程、连续性方程和状态方程中获得绝热状态下声传播的控制方程。在发射换能器的端面定义法向速度边界条件,以图形化的形式展现超声波在顺流情况下的传播过程。切换发射和接收换能器的相对位置,重新计算得到声波逆流传播时相应接收换能器端面的平均声压分布。对比顺、逆流情况下换能器端面平均声压分布,通过曲线拟合得到的传播时差值要小于实验得到的时差值。该方法为模拟声波在复杂结构和流动中传播提供可能性。     

永磁接触器磁场有限元分析及控制单元设计

永磁接触器可以克服普通电磁式接触器存在的耗能、线圈易烧毁等缺点,该文研究了永磁接触器磁场分布特点,并开发了一套参数化的磁场有限元分析软件,可以计算所有动铁心位置的磁场和电磁力。论文基于磁场有限元分析设计了63A永磁式接触器,分析了铁心中的磁场,给出了永磁保持力的计算和测试结果,计算精度满足实际工程要求。此外,还设计了具有欠压和失压保护功能的分合闸控制单元,并采用MATLAB仿真计算了分合闸过程中的电容充放电过程,仿真结果与测量结果吻合很好。