專利名稱：氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣固兩相流動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法和一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模并行計(jì)算硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，為氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中大量顆粒的數(shù)值模擬研究提供了新的平臺(tái)。目前氣固兩相流動(dòng)環(huán)境的應(yīng)用研究，往往只考慮顆粒與流體之間的單相耦合，而顆粒對(duì)流體沒(méi)有反作用。對(duì)顆粒與顆粒之間的碰撞，顆粒與流體之間的雙向耦合作用通常不考慮。這樣就影響到了エ業(yè)實(shí)踐中監(jiān)測(cè)和控制的準(zhǔn)確性。如果要解決氣固兩相流動(dòng)中存在的難題，則需要依賴于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，包括直接的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)。因此，采用大規(guī)模并行計(jì)算方法在復(fù)雜的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下準(zhǔn)確、快速地獲取顆粒信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效地エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制，顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法和一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置。一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，包括以下步驟獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)；建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型；對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解；根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的顆粒信息；根據(jù)確定的顆粒信息進(jìn)行エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，通過(guò)大規(guī)模的并行計(jì)算算法，可在氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下獲取顆粒的信息，進(jìn)而進(jìn)行エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)エ業(yè)實(shí)踐中的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，從而提高工業(yè)運(yùn)行和控制水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置，包括理化性能參數(shù)獲取模塊、運(yùn)動(dòng)模型建立模塊、并行求解模塊、顆粒信息確定模塊和監(jiān)測(cè)控制模塊；所述理化性能參數(shù)獲取模塊用于獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)；所述運(yùn)動(dòng)模型建立模塊用于建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型；所述并行求解模塊用于對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解；所述顆粒信息確定模塊用于根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的顆粒信息； 所述監(jiān)測(cè)控制模塊用于根據(jù)確定的顆粒信息進(jìn)行エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。與一般技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置，通過(guò)大規(guī)模的并行計(jì)算算法，可在氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下獲取顆粒的信息，進(jìn)而進(jìn)行エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)エ業(yè)實(shí)踐中的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，從而提高工業(yè)運(yùn)行和控制水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


圖I是本發(fā)明氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法的示意流程圖；圖2是本發(fā)明氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案，進(jìn)行清楚和完整的描述。 請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法的示意流程圖。本發(fā)明氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法包括以下步驟SlOl獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)；首先要獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)。以電站鍋爐中煤粉氣固兩相流動(dòng)環(huán)境作為ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，則需要獲取電站火爐中的煤粉顆粒的媒質(zhì)信息，這些媒質(zhì)信息可以通過(guò)エ業(yè)分析或者元素分析來(lái)得到。S102建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型；建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體的運(yùn)動(dòng)模型，其中，建立的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)模型可包括流體對(duì)流體內(nèi)顆粒的作用力。建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)模型，其中，建立的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體的運(yùn)動(dòng)模型可包括流體內(nèi)顆粒對(duì)流體的反作用力。以電站鍋爐中煤粉氣固兩相流動(dòng)環(huán)境作為ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行描述。首先，建立流體控制方程。假定氣相為理想的牛頓流體。顆粒相考慮為具有相同直徑dp和密度P p的剛性球體。顆粒的密度和流體的密度的比值P p/Pf* 2500。顆粒的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于網(wǎng)格的間距，顆粒對(duì)流體的動(dòng)量反作用可以用點(diǎn)力描述。流體相的守恒方程可以描述如下連續(xù)方程~7~+ l ^ ；| = O云力量方程:警+學(xué)=-嬰+^”|；4ん+F"f
ot Bxi dx: Bxi
BpT QpTui P Bui d (,ΘΤ)」L[οο34]溫度方程d J/v狀態(tài)方程."=/>1^7其中，P是流體的密度，P是流體的壓力，Ui是i方向的流體的速度，F(xiàn)p —f是顆粒反饋到流體上的力，T是溫度，R是氣體常數(shù)RcZW, Rc是通用氣體常數(shù)，W是氣體摩爾質(zhì)量。建立完流體控制方程，還需建立顆粒控制方程。對(duì)顆粒相模擬作如下假設(shè)顆粒為具有相同直徑和相同密度的規(guī)則剛性球體；顆粒的密度遠(yuǎn)大于流體的密度。由于顆粒遠(yuǎn)重于流體，顆粒受到的力主要是Stokes阻力和重力，Basset力小一個(gè)數(shù)量級(jí)而可以忽略。顆粒受到的升力比阻力和重力要小很多，但在本發(fā)明中，由于考慮到以后模擬平板邊界層等有壁面約束的流動(dòng)，在壁面附近存在較大的速度梯度，由此產(chǎn)生的滑移一剪切升力對(duì)顆粒在壁面附近的沉降過(guò)程有較大影響，所以不可忽略。另外，顆粒與壁面 的碰撞使顆粒具有較大的旋轉(zhuǎn)速度，由此產(chǎn)生的滑移一旋轉(zhuǎn)升力也將被考慮。因此，本實(shí)施例所考慮的作用于顆粒的力包括阻力，重力，滑移剪切升力和滑移旋轉(zhuǎn)升力，追蹤顆粒運(yùn)動(dòng)的方程組為
αχ-^=Up
at
<Λι .、— = Fd + Fg + Fls + Flr /ω I -= T
dt其中，Xp是顆粒的空間位置；up是顆粒的線速度；ωρ是顆粒的旋轉(zhuǎn)角速度；mp是顆粒質(zhì)量，Ip是球狀顆粒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其中，mp =—ppdp3 = ppFp，Ip = —。阻力的計(jì)算方法單個(gè)顆粒所受到的阻力的計(jì)算公式為Fd-Up )K其中，阻力系數(shù)Cd可以表示為CdfD為阻カ因子，表示阻力系數(shù)與Stokes阻力之比，由下式計(jì)算
Re
「00531 fn =1 + 0.15 Reil0687 + 0.0175-2--—
L圓」ノDPI+ 4.25 X IO4 Rep顆粒Reynolds數(shù)由顆粒直徑和顆粒-流體的相對(duì)速度計(jì)算，
權(quán)利要求
1.一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，包括以下步驟 獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)； 建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型； 對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解； 根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的顆粒信息； 根據(jù)確定的顆粒信息進(jìn)行エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在干，所述建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型的步驟，包括以下步驟 建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體的運(yùn)動(dòng)模型； 建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在干，所述建立的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)模型包括流體對(duì)流體內(nèi)顆粒的作用力； 所述建立的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中流體的運(yùn)動(dòng)模型包括流體內(nèi)顆粒對(duì)流體的反作用力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在干，所述對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解的步驟，包括以下步驟 將氣固兩相流動(dòng)環(huán)境區(qū)域分解為若干個(gè)子區(qū)域； 根據(jù)預(yù)設(shè)的用于在顆粒穿越不同子區(qū)域時(shí)進(jìn)行信息傳遞的顆粒信息傳遞函數(shù)和預(yù)設(shè)的用于進(jìn)行顆粒碰撞并行計(jì)算的顆粒碰撞并行算法，在分解的若干個(gè)子區(qū)域內(nèi)，分別進(jìn)行并行求解。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在干，在所述預(yù)設(shè)的顆粒碰撞并行算法中，選擇硬球碰撞模型作為顆粒碰撞的模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在干，在所述對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解的步驟中，通過(guò)鏈表的方式進(jìn)行顆粒信息數(shù)據(jù)的傳遞和顆粒碰撞數(shù)據(jù)的處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在干，所述根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的顆粒信息的步驟，包括以下步驟 根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的流體信息； 根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的流體內(nèi)顆粒的位置信息和速度信息。
8.一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置，其特征在于，包括理化性能參數(shù)獲取模塊、運(yùn)動(dòng)模型建立模塊、并行求解模塊、顆粒信息確定模塊和監(jiān)測(cè)控制模塊； 所述理化性能參數(shù)獲取模塊用于獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)； 所述運(yùn)動(dòng)模型建立模塊用于建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型； 所述并行求解模塊用于對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解； 所述顆粒信息確定模塊用于根據(jù)并行求解結(jié)果，確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的顆粒信息； 所述監(jiān)測(cè)控制模塊用于根據(jù)確定的顆粒信息進(jìn)行エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的エ業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置，其特征在干，所述并行求解模塊包括區(qū)域分解模塊；所述區(qū)域分解模塊用于將氣固兩相流動(dòng)環(huán)境區(qū)域分解為若干個(gè)子區(qū)域； 所述并行求解模塊進(jìn)一步用于根據(jù)預(yù)設(shè)的用于在顆粒穿越不同子區(qū)域時(shí)進(jìn)行信息傳遞的顆粒信息傳遞函數(shù)和預(yù)設(shè)的用于進(jìn)行顆粒碰撞并行計(jì)算的顆粒碰撞并行算法，在分解的若干個(gè)子區(qū)域內(nèi)，分別進(jìn)行并行求解。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制方法，包括獲取氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的理化性能參數(shù)；建立氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中顆粒的運(yùn)動(dòng)模型；對(duì)上述建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行并行求解；確定氣固兩相流動(dòng)環(huán)境中的顆粒信息；根據(jù)確定的顆粒信息進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。此外，還公開(kāi)了一種氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下的工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制裝置，包括理化性能參數(shù)獲取模塊、運(yùn)動(dòng)模型建立模塊、并行求解模塊、顆粒信息確定模塊和監(jiān)測(cè)控制模塊。本發(fā)明通過(guò)大規(guī)模的并行計(jì)算算法，可在氣固兩相流動(dòng)環(huán)境下獲取顆粒的信息，進(jìn)而進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)工業(yè)實(shí)踐中的氣固兩相流動(dòng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，從而提高工業(yè)運(yùn)行和控制水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102663211SQ20121013844
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者李德波 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院