基于聲波理論的高爐爐喉溫度場(chǎng)測(cè)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(cè)量主要通過(guò)簡(jiǎn)易的十字測(cè)溫裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于十字測(cè)溫裝置在長(zhǎng)期工作時(shí)受爐料和煤氣流的不斷沖擊，測(cè)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(cè)溫裝置的測(cè)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(cè)溫裝置的不足，采用了聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)高爐爐喉部的煤氣溫度場(chǎng)進(jìn)行非接觸式實(shí)時(shí)測(cè)量，從而提高高爐爐

2、喉煤氣流溫度場(chǎng)測(cè)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(cè)溫的相關(guān)技術(shù)展開(kāi)對(duì)高爐喉部溫度場(chǎng)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(cè)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(chǎng)下大量采集聲波信號(hào)，通過(guò)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(lái)，然后在實(shí)時(shí)采集過(guò)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(cè)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(cè)量精度，為整個(gè)溫度

3、場(chǎng)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(guò)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(chǎng)測(cè)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(cè)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(chǎng)測(cè)量區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，使溫度場(chǎng)重建效果更好。文中對(duì)被測(cè)溫度場(chǎng)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(guò)對(duì)溫度場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)測(cè)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(chǎng)重建初始溫度

5、點(diǎn)的個(gè)數(shù)，提高溫度場(chǎng)重建的精度。在溫度場(chǎng)重建過(guò)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(lái)的不良后果是溫度場(chǎng)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(méi)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(chǎng)的重建做準(zhǔn)備。
　　文中還討論了聲速與被測(cè)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(chǎng)，研究了

6、聲波在非均勻溫度場(chǎng)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(chǎng)來(lái)重建高爐爐喉部二維截面上的溫度場(chǎng)。針對(duì)高爐爐喉部煤氣流溫度分布的測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)重建直觀化效果，并