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醇燃料燃烧器性能仿真与智能控制研究

作　者: 彭雨
导　师: 朱浩；鄂加强
学　校: 湖南大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 醇基燃料燃烧器数值模拟智能控制
分类号: TK17
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

醇基燃料是一种来源广泛、很有发展前景的替代燃料,受到国家大力支持,国家发展和改革委员会制定的《可再生能源中长期发展规划》中明确指出“增加能源供应、保障能源安全、保护生态环境、促进经济和社会的可持续发展,是我国经济和社会发展的一项重大战略任务。”规划还重点提出“：到2010年,增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万吨,到2020年,生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨。醇基燃料产业的发展必然带动醇基燃料燃烧器的发展,设计高效低排放醇基燃料燃烧器对于提高醇基燃料市场竞争力尤其显得十分重要。数值模拟方法在很多领域发挥着越来越重要的作用,醇基燃料燃烧器的性能也可以通过数值模拟方法来完成。论文以国家科技部科技型中小企业科技创新基金项目[07C26214301758]为依托,采用数值仿真、人工智能技术以及实验验证相结合,对高效低排放醇基燃料燃烧器设计进行了探索性研究,其主要工作和创新之处为：(1)采用数值仿真方法对设计的醇基燃料燃烧器进行了仿真分析,得出了醇基燃料燃烧器内的压力场、速度场以及温度场、CH3OH质量分数、02质量分数的分布规律和加热性能稳定的工况。(2)利用快速傅立叶变换对醇基燃料燃烧器火焰光强信号采样时间序列进行分析,得出功率谱曲线,验证了醇基燃料燃烧器燃烧状况稳定和燃烧器燃烧孔开口大小及位置合理的可行性。(3)基于模糊控制策略下给出了工业炉窑醇基燃料燃烧器新的控制方法,仿真研究和实时控制结果表明,本研究所设计的醇基燃料燃烧器模糊控制器能够克服许多干扰因素,具有很强的鲁棒性,产生了良好的控制效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-20
  1.1 醇基燃料研究和应用发展现状  10-14
    1.1.1 国外研究和应用历史与现状  11
    1.1.2 我国研究和应用历史与现状  11-14
  1.2 醇基燃料燃烧器的发展现状  14-15
  1.3 醇基燃料燃烧器的发展前景和研究方法  15
  1.4 炉窑热工过程控制概述  15-18
    1.4.1 过程控制的发展及现状  15-17
    1.4.2 炉窑燃烧控制的发展现状  17-18
  1.5 研究意义  18-19
  1.6 研究内容  19-20
第2章醇基燃料燃烧器性能要求  20-25
  2.1 醇基燃料的物理化学性质  20-21
    2.1.1 甲醇的物理化学性质  20
    2.1.2 乙醇的物理化学性质  20-21
  2.2 醇基燃料燃烧器的结构  21-22
    2.2.1 醇基燃料预混式燃烧器  21
    2.2.2 醇基燃料非预混式燃烧器  21-22
  2.3 醇基燃料燃烧器行业标准  22-24
    2.3.1 额定压力  22
    2.3.2 燃烧器负荷  22-23
    2.3.3 燃烧的稳定性  23
    2.3.4 燃烧废气  23
    2.3.5 燃烧器材质要求  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章醇基燃料燃烧器数值计算模拟理论基础  25-37
  3.1 基本控制方程  25-28
  3.2 湍流模型  28-30
  3.3 湍流扩散燃烧的数学模型  30
  3.4 辐射换热模型  30-32
    3.4.1 蒙特卡洛法  31
    3.4.2 PI近似法  31-32
  3.5 数值计算方法  32-36
    3.5.1 离散方法  32-33
    3.5.2 离散格式  33-34
    3.5.3 SIMPLE算法  34-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章醇基燃料燃烧器仿真分析与实验验证  37-51
  4.1 醇基燃料燃烧器仿真分析  37-43
    4.1.1 醇基燃料燃烧器网格划分  37-38
    4.1.2 醇基燃料燃烧器仿真分析边界条件  38
    4.1.3 醇基燃料燃烧器仿真分析流程  38
    4.1.4 醇基燃料燃烧器仿真结果分析  38-43
  4.2 醇基燃料燃烧器燃烧状况实验验证  43-49
    4.2.1 醇基燃料燃烧器燃烧信号的功率谱分析  43-45
    4.2.2 醇基燃料燃烧器燃烧信号采样系统设计  45
    4.2.3 醇基燃料燃烧器燃烧信号时间序列分析  45-49
  4.3 本章小结  49-51
第5章炉窑醇基燃料燃烧器燃烧过程智能控制实现  51-58
  5.1 传统PID控制  51
  5.2 模糊控制技术  51-53
  5.3 炉窑用醇基燃料燃烧器燃烧过程模糊控制策略  53-57
    5.3.1 模糊控制输入输出设计  53-55
    5.3.2 模糊控制算法  55-56
    5.3.3 仿真分析  56
    5.3.4 应用效果  56-57
  5.4 本章小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-64
附录 (攻读硕士学位期间发表论文和参与项目)  64-65
致谢  65

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