基于聲波理論的高爐爐喉溫度場測量技術(shù)的研究.pdf

1、高爐爐喉部的溫度分布是高爐燃燒工作爐況的重要標(biāo)志之一。目前高爐爐喉部煤氣流溫度分布的測量主要通過簡易的十字測溫裝置來實(shí)現(xiàn)的，由于十字測溫裝置在長期工作時(shí)受爐料和煤氣流的不斷沖擊，測溫裝置容易損壞，還會(huì)改變料面的形狀、加劇爐料的粉化以及改變煤氣分布，并且十字測溫裝置的測溫點(diǎn)太少，很難描述高爐喉部實(shí)際的溫度分布狀態(tài)。本課題的研究主要目的旨在克服十字測溫裝置的不足，采用了聲波測溫技術(shù)對(duì)高爐爐喉部的煤氣溫度場進(jìn)行非接觸式實(shí)時(shí)測量，從而提高高爐爐

2、喉煤氣流溫度場測量設(shè)備的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。在本課題中，主要圍繞著聲波測溫的相關(guān)技術(shù)展開對(duì)高爐喉部溫度場的研究。
　　針對(duì)高爐內(nèi)強(qiáng)噪聲環(huán)境的特點(diǎn)，為了減少噪聲信號(hào)對(duì)聲波測量信號(hào)的干擾，文中采用了信號(hào)相關(guān)處理技術(shù)進(jìn)行去噪處理。即首先在一定的恒溫場下大量采集聲波信號(hào)，通過處理后將采集的信號(hào)作為基準(zhǔn)參考信號(hào)預(yù)存起來，然后在實(shí)時(shí)采集過程中將實(shí)時(shí)信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理得到測量信號(hào)。實(shí)踐證明該方法可有效的提高聲波傳播時(shí)間的測量精度，為整個(gè)溫度

3、場重建的準(zhǔn)確性提供了保證。在聲波信號(hào)的相關(guān)分析過程中，利用快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)互相關(guān)運(yùn)算大大提高了信號(hào)的處理速度，提高整個(gè)溫度場測量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，文中還給出了聲波傳播時(shí)間互相關(guān)測量算法以及在信號(hào)處理器（DSP）中的實(shí)現(xiàn)方法。
　　利用重心重合法對(duì)溫度場測量區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，使溫度場重建效果更好。文中對(duì)被測溫度場進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)始終圍繞計(jì)算點(diǎn)的對(duì)稱性原則、傳播路徑的重心與網(wǎng)格的重心重合的原則，使各網(wǎng)格的平均溫度點(diǎn)落

4、在本網(wǎng)格的重心點(diǎn)上，保證了后續(xù)插值的準(zhǔn)確性。通過對(duì)溫度場重建模型及其解的研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格劃分方法不同，得到的溫度插值精度也不同，根本原因是聲波路徑的交叉點(diǎn)及網(wǎng)格內(nèi)聲波路徑的重心點(diǎn)與網(wǎng)格重心點(diǎn)的重合度，重合度越高則溫度點(diǎn)插值結(jié)果的精度也越高，所以本文在綜合考慮這兩方面因素的基礎(chǔ)上對(duì)溫度場區(qū)域（圓形）進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。
　　針對(duì)高爐爐喉部的溫度場測量空間采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)有限的特點(diǎn)，引入了塊修正插值(BCI)技術(shù)，利用該方法增加溫度場重建初始溫度

5、點(diǎn)的個(gè)數(shù)，提高溫度場重建的精度。在溫度場重建過程中，理論上網(wǎng)格劃分個(gè)數(shù)越多則得到的平均溫度值也就越多，其重建精度也就越高，但帶來的不良后果是溫度場模型復(fù)雜，其解的實(shí)時(shí)性不好，當(dāng)模型嚴(yán)重病態(tài)時(shí)，還可能沒有解。所以文中結(jié)合傳熱學(xué)中同一區(qū)域溫度均勻變化的特征，利用塊修正插值技術(shù)對(duì)有限的網(wǎng)格平均溫度進(jìn)行插值，得到更多的平均溫度點(diǎn)，為平滑溫度場的重建做準(zhǔn)備。
　　文中還討論了聲速與被測媒質(zhì)溫度之間的關(guān)系，針對(duì)高爐爐喉部存在梯度溫度場，研究了

6、聲波在非均勻溫度場中的傳播特性以及聲波在多相流動(dòng)介質(zhì)中的傳播特性，研究了如何利用聲波的平均速度場來重建高爐爐喉部二維截面上的溫度場。針對(duì)高爐爐喉部煤氣流溫度分布的測量需求，給出了濾波反投影法、高斯函數(shù)正則化法、ART迭代法在溫度場重建中的應(yīng)用，并結(jié)合溫度分布經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)高爐爐喉部的溫度場進(jìn)行模擬仿真。上位機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)合LabVIEW中的MATLAB Stript節(jié)點(diǎn)，在 LabVIEW中調(diào)用MATLAB程序，實(shí)現(xiàn)溫度場重建直觀化效果，并