[發(fā)明專(zhuān)利]一種離散的四角切圓速度場(chǎng)中聲線追蹤計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510585591.8
• 申請(qǐng)日: 2015-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105205246B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈炯;楊康;劉西陲;李益國(guó)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離散的四角鍋爐爐膛速度場(chǎng)中聲線追蹤的領(lǐng)域，是一種基于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中Snell定律的離散四角切圓流場(chǎng)中聲線追蹤計(jì)算方法。

背景技術(shù)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展邁入“新常態(tài)”，社會(huì)對(duì)能源尤其是電力的生產(chǎn)提出了更高的要求，其安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性備受關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)電力的70％左右來(lái)自火電，其中尤以燃煤為主。在大型燃煤鍋爐中，爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)是反映燃燒過(guò)程和設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)，不僅對(duì)于鍋爐控制和燃燒診斷具有十分重要的意義，并且直接影響到污染物的排放量。爐內(nèi)溫度、速度分布能反映爐內(nèi)燃燒情況，為運(yùn)行人員的操作提供可靠依據(jù)，并為熱工控制的自動(dòng)化裝置提供信號(hào)。然而，由于爐內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境，使得溫度和速度場(chǎng)的測(cè)量存在很多困難。

目前，常見(jiàn)的測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測(cè)量法，因?yàn)槭芟抻跍y(cè)量元件材料的耐高溫、耐腐蝕等性能，只能進(jìn)行短時(shí)間測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，其測(cè)量結(jié)果為各測(cè)量點(diǎn)的溫度，難以實(shí)現(xiàn)全區(qū)域的重建。聲學(xué)法作為一種基于聲波理論的新型測(cè)量技術(shù)，能夠適應(yīng)各種高溫、腐蝕、多塵的惡劣環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)全區(qū)域和在線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在爐膛熱工參數(shù)測(cè)量方面具有很廣的應(yīng)用前景。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成了較為成熟的聲波測(cè)溫技術(shù)和應(yīng)用，然而均認(rèn)為介質(zhì)為靜止的，并未考慮運(yùn)動(dòng)介質(zhì)對(duì)聲線傳播特性的影響。在利用聲波法重建爐內(nèi)速度場(chǎng)方面尚處于探索階段。在重建時(shí)均認(rèn)為速度場(chǎng)中聲線沿直線傳播，并未考慮聲線的折射效應(yīng)，而針對(duì)速度場(chǎng)對(duì)聲線傳播的影響只有定性的分析，并未給出定量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，提供一種離散的四角切圓速度場(chǎng)中聲線追蹤計(jì)算方法，能夠定量得給出速度場(chǎng)中聲線傳播的變化，揭示聲線在四角切圓速度場(chǎng)中傳播的規(guī)律，從而為更加精確地還原速度場(chǎng)或溫度場(chǎng)提供理論基礎(chǔ)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種離散的四角切圓速度場(chǎng)中聲線追蹤計(jì)算方法，包括如下步驟：

1)設(shè)置初始入射點(diǎn)及入射角度，并進(jìn)行三角形越界判斷：如越界說(shuō)明小三角形超出速度場(chǎng)范圍，則執(zhí)行6)步驟；如未越界，則繼續(xù)進(jìn)行2)步驟。

2)計(jì)算小三角形內(nèi)參數(shù)，確定小三角形的幾何形狀，包括三角形高h(yuǎn)、底邊長(zhǎng)t、并確定各個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)，(x₁,y₁)，(x₂,y₂)、底邊中點(diǎn)坐標(biāo)(即出射點(diǎn)坐標(biāo))(x_out,y_out)＝(x_h,y_h)、出射角度與入射角度相同，即a₁＝(a_1x,a_1y)，其中a_1x,a_1y分別為a₁在x和y坐標(biāo)軸方向的分量。

3)利用插值法求解出射點(diǎn)介質(zhì)的速度矢量，根據(jù)離散的速度場(chǎng)數(shù)據(jù)并以出射點(diǎn)所在的正方形網(wǎng)格為對(duì)象，將速度矢量分解為x和y方向的分量Vx和Vy，采用線性插值分別得到出射點(diǎn)速度分量，最后利用速度合成方法得到合速度大小V及方向tanθ。

4)計(jì)算相鄰三角形聲線折射角，假設(shè)在每個(gè)三角形內(nèi)介質(zhì)速度相同，并以各三角形入射點(diǎn)處介質(zhì)速度代表即此時(shí)滿(mǎn)足c₁＝c₂，以相鄰三角形內(nèi)介質(zhì)相對(duì)速度ΔV所在平面為分界面，以分界面法線與入射點(diǎn)介質(zhì)速度的夾角為入射角θ₁，根據(jù)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中Snell定律(參見(jiàn)文獻(xiàn)：楊訓(xùn)仁.平面聲波在運(yùn)動(dòng)分層介質(zhì)中的反射和折射[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，1982,2:005.)，求解聲線的折射角θ₂，并以折射后的聲線方向?yàn)橄乱蝗切蔚娜肷潼c(diǎn)方向。

5)在三角形內(nèi)聲線沿直線傳播，即入射點(diǎn)與出射點(diǎn)之間的距離；三角形內(nèi)聲波飛渡時(shí)間與介質(zhì)速度在聲線傳播路徑上的投影相關(guān)，通過(guò)計(jì)算聲速與聲線上介質(zhì)速度和或差，便能得到飛渡時(shí)間。完成后返回步驟1)。

6)將所有三角形內(nèi)的路程及時(shí)間累加，得到聲線路徑的總長(zhǎng)度及時(shí)間。

步驟4)中：

若入射角θ₁＝90，則折射角θ₂＝θ₁，此時(shí)聲線不發(fā)生折射；

若入射角θ₁≠90，則折射角

此時(shí)若則發(fā)生全反射，判斷折射角θ₂＝90；