CN113311186B - 一种基于piv和pdpa的精确预测烟气流场的方法 - Google Patents

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Abstract

一种PIV和PDPA精确预测烟气流场的方法，基于粒子图像测速仪(PIV)和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的耦合预测烟气性能，使用PIV和PDPA交叉测量，PIV和PDPA测量时分别布置成90度，PIV针对不含飞灰的烟气的气相流速的转换，PDPA针对烟气中飞灰颗粒流速的转换，上述两种转换方法的耦合，用于精确预测烟气的流场。以此解决使用PIV技术测量带飞灰的烟气流场出现误差的问题。

Description

一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法
技术领域
本发明涉及气体测量技术领域，具体涉及一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法。
背景技术
烟气流场的分布情况，直接影响相应设备运行的效率，同时对下一个工艺流程也有影响。目前使用PIV技术测量烟气流场的比较多。PIV(ParticleImage Velocimetry)即粒子图像测速技术，是一种非接触式的测量技术，应用光学成像原理及图像处理技术捕捉流场信息，克服了单点测速技术(如LDA)的局限性，能够实现全流场的瞬态测量，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性，具有非介入、高分辨率的特点。但是当使用PIV技术测量含有飞灰的烟气的流速时，会出现一定的测量误差，给工业生产带来了一些问题。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，测得烟道中含飞灰的烟气的测量速度，通过下式将测量速度进行转化，得到转换后的含飞灰的烟气的速度U；
U＝U0F
其中，U0为测量速度，F为拓展的场协同原理建立的气固两相作用规律，U为转换后含飞灰的烟气的速度。
本发明进一步的改进在于，通过PIV测得烟道中含飞灰的烟气的测量速度。
本发明进一步的改进在于，拓展的场协同原理建立的气固两相作用规律F通过下式计算：
式中，t表示时刻，ri为烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律。
本发明进一步的改进在于，烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律通过下式计算：
其中，ri为烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律，di为飞灰粒径，A为飞灰概率分布，D为飞灰与飞灰作用。
本发明进一步的改进在于，烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律ri通过PDPA测得。
本发明进一步的改进在于，PIV和PDPA设置在烟道的纵截面上。
本发明进一步的改进在于，PIV和PDPA呈90度设置。
本发明进一步的改进在于，飞灰与飞灰作用D通过下式计算
其中，ri-1为PDPA测得的烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律ri前一个数据值。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过将PIV和PDPA耦合测量带有飞灰的烟气的流速，同时根据拓展的场协同原理从理论上保证了测量的准确性，本发明能够实现用不含飞灰的烟气的流速(可以通过数值模拟获得，也可以通过实验获得)准确预测实际工业过程含有飞灰的烟气的流速，降低了PIV测量的误差，具有重要的工程应用前景。
进一步的，将PIV和PDPA在烟道的纵截面上呈90度布置，可以尽可能全面捕捉烟气信息，同时尽可能减小干涉影响。本发明通过提出PIV测量和PDPA测量的耦合思路，使用PIV和PDPA交叉测量，PIV和PDPA测量时分别布置成90度，PIV针对不含飞灰的烟气的气相流速的转换；PDPA针对烟气中飞灰颗粒流速的转换；上述两种转换方法的耦合，用于精确预测烟气的流场，以此解决使用PIV技术测量带飞灰的烟气流场出现误差的问题。
附图说明
图1为烟气流速测量示意图。
其中，1为烟道，2为PIV，3为PDPA。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
本发明为了克服使用PIV技术测量带飞灰的烟气流场出现误差的问题，提出了一种基于粒子图像测速仪(PIV)和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的耦合预测烟气性能的方法，使用PIV和PDPA进行交叉测量，能够实现准确预测实际工业过程含有飞灰的烟气的流速的功能。
参见图1，本发明包括以下步骤：
(1)基于粒子图像测速仪(PIV)和相位多普勒粒子分析仪(PDPA)耦合预测烟气性能。
测量时，将PIV 2和PDPA 3在烟道1的纵截面上呈90度布置，进行交叉测量，以尽可能全面捕捉烟气信息，同时尽可能减小干涉影响。
通过PIV测得含飞灰的烟气的气相流速，PDPA针对烟气中飞灰颗粒流速，通过耦合，实现精确预测烟气的流场。
(2)考虑烟气的气相和飞灰固相的相互作用，提出将PIV测得的含飞灰的烟气的气相流速，含有流速转换进行转化为U＝U0F。其中，其中U为转换后含飞灰的烟气的速度，即考虑飞灰的影响，U0为测量速度。
F为拓展的场协同原理建立的气固两相作用规律，
(3)由PDPA直接测量获得飞灰颗粒随时间的分布规律ri，将PDPA测量的数据进行转换。具体过程为：将飞灰颗粒随时间的分布规律ri建立如下转换ri由飞灰粒径di，飞灰概率分布A，飞灰与飞灰作用D确定。其中，飞灰与飞灰作用D满足关系式
其中，ri-1为PDPA测得的烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律ri前一个数据值。
通过上述过程得到含飞灰的烟气的速度，从而完成对烟气场的测量。
实施例1
计算步骤如下：
通过PDPA测量得到ri以及ri-1，代入公式得到飞灰和飞灰作用D，然后将ri和D代入ri的转换公式/>得到修正后的ri，然后将ri代入气固两相作用规律/>(该公式中的U为PIV测得的速度)，得到F，然后将F代入速度转换公式，即可得到转换后的速度U。
为了验证实际效果，开展了模拟烟气实验测量，飞灰粒径范围为50-200μm，烟气流速为15m/s-45m/s。PIV测量的示踪粒子为硅胶和盐的混合物，PDPA测量时采用马尔文粒度仪测量粒径分布，实验结果与预测结果对比如表1所示：
表1实验结果与预测结果对比
飞灰粒径范围/μm 50-100 100-150 150-200
本方法预测误差/％ 1.12 1.05 0.98
PIV误差/％ 3.32 3.09 3.32
PDPA误差/％ 4.62 4.13 3.98
本发明通过提出PIV测量和PDPA测量的耦合思路，使用PIV和PDPA交叉测量，PIV和PDPA测量时分别布置成90度，PIV针对不含飞灰的烟气的气相流速的转换；PDPA针对烟气中飞灰颗粒流速的转换；上述两种转换方法的耦合，用于精确预测烟气的流场，以此解决使用PIV技术测量带飞灰的烟气流场出现误差的问题。
通过上述方法能够实现用不含飞灰的烟气的流速(可以通过数值模拟获得，也可以通过实验获得)准确预测实际工业过程含有飞灰的烟气的流速，具有重要的工程应用前景。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

Claims (7)

1.一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，测得烟道中含飞灰的烟气的测量速度，通过下式将测量速度进行转化，得到转换后的含飞灰的烟气的速度U；
U＝U0F
其中，U0为测量速度，F为拓展的场协同原理建立的气固两相作用规律，U为转换后含飞灰的烟气的速度；
拓展的场协同原理建立的气固两相作用规律F通过下式计算：
式中，t表示时刻，ri为烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律。
2.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，通过粒子图像测速仪PIV测得烟道中含飞灰的烟气的测量速度。
3.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律通过下式计算：
其中，ri为烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律，di为飞灰粒径，A为飞灰概率分布，D为飞灰与飞灰作用。
4.根据权利要求3所述的一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律ri通过相位多普勒粒子分析仪PDPA测得。
5.根据权利要求3所述的一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，粒子图像测速仪PIV和相位多普勒粒子分析仪PDPA设置在烟道的纵截面上。
6.根据权利要求5所述的一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，粒子图像测速仪PIV和相位多普勒粒子分析仪PDPA呈90度设置。
7.根据权利要求3所述的一种基于PIV和PDPA的精确预测烟气流场的方法，其特征在于，飞灰与飞灰作用D通过下式计算
其中，ri-1为相位多普勒粒子分析仪PDPA测得的烟道中飞灰颗粒随时间的分布规律ri前一个数据值。
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