流化床密相区气固流动特性的数值模拟及床温重构的研究

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流化床密相区的料层温度(床温)是一个关系到流化床锅炉安全稳定运行的关键因素,床温过高容易导致结焦,影响锅炉安全稳定运行。在流化床锅炉实际运行过程中,常常有大部分区域温度正常而局部区域温度异常的情况存在,此时通过有限的测量信息很难反映出床层真实的温度场,也无法判断出现局部温度异常区域的位置,因而无法针对性地对锅炉运行状态进行调节。因此,找到一种能通过有限测量信息确定床层局部温度异常区域位置的方法对重构出更真实的床层温度场,进而更好地调控流化床锅炉运行状态至关重要。基于此,本课题采用fluent软件对流化床密相区进行流动和燃烧模拟,并基于燃烧模拟获得的温度场,使用遗传算法探究用有限测量信息确定床层局部温度异常区域位置的方法。首先采用TFM模型对流化床密相区的气固流动特性进行数值模拟。通过DPM模型向床内加入少量(其份额相对欧拉相颗粒可以忽略不记)离散颗粒作为“示踪粒子”,对床内颗粒的运动轨迹进行追踪,并对影响流化床密相区颗粒流动状态的主要因素如流化速度、射流速度等进行探究。结果表明,针对本课题研究的流化床,射流速度的增大会导致粗颗粒在壁面及边角处积聚现象变严重,这一现象可以通过提高射流喷口布置高度来减轻;但过高的喷口位置将导致燃料在床内停留时间过短,燃烧不充分。此外,通过对离散颗粒的运动轨迹分析发现,粒径为0.1mm的颗粒在加入炉膛后会在流场的作用下在床内运动一段时间,这会使小粒径的颗粒在床内停留的时间更长,有利于颗粒燃烧时反应更充分。根据颗粒流动模拟选择合适的参数,对流化床进行燃烧模拟以获得温度场。通过合理简化将寻找床层局部温度异常区域位置的问题转化为寻源导热反问题,使用遗传算法对热源位置进行反演。首先建立含点热源的导热反问题(寻源问题)的数值计算方法,编写相应程序进行对其进行反演计算;之后探究使用遗传算法反演内热源的位置时,测点数目、测量误差及测点分布对反演结果准确性的影响,其研究结果为使用遗传算法对床层局部温度异常区域位置进行反演时测点数目的选取、测点位置的布置提供指导。最后,从燃烧模拟获得的温度场中选取合适的测点,基于有限的测点信息,采用遗传算法对床层局部温度异常区域的位置进行反演,并重构床层温度,与fluent的燃烧模拟结果进行对比。还对在役循环流化床锅炉密相区的温度场进行了重构。结果证明了遗传算法在床温重构和寻找床层局部温度异常区域位置问题中的有效性。
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