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循环流化床积灰结渣的分形特性

作　者: 王明超
导　师: 柴立和
学　校: 天津大学
专　业: 环境科学
关键词: CFB 分形理论积灰结渣模型迭代函数系统
分类号: TK229.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

循环流化床锅炉是近年来发展起来的一种新型炉型,作为一种新型高效低污染燃煤技术,在国内外已得到广泛应用。为了保证锅炉工作的安全可靠和节约能源,当今锅炉工作者的工作重点往往着眼于锅炉受热面外部过程,即燃烧产物对锅炉受热面烟气侧工作的影响。但是随着煤粉炉大型化及以生物质为新开发燃料的应用之后,流化床锅炉遇到了普遍性的积灰结渣危害问题。本文采用新的视角和研究方法对流化床积灰结渣过程和形态进行研究,从以下4个方面进行了具体分析:首先,分析流化床积灰结渣的机理以及影响因素,比较不同的运行参数在数学建模和实际工程中对积灰结渣的影响,并分析工程中常用的数学模型存在的问题和优缺点;第二,以扩散限制凝聚模型为基础,对灰颗粒在炉内凝聚生长的过程进行模拟和分析;第三,对燃料和灰颗粒在受热面上的积灰结渣生长过程进行建模和模拟,并对模拟结果进行分析;第四,利用迭代函数系统(IFS)方法对积灰结渣的结构建立数学模型,并对其动力学过程进行分析。本文在分析和解决循环流化床积灰结渣问题中提出了新的观点和方法,即利用分形理论对灰粒凝聚体和受热面上积灰结渣的生长过程进行模拟和分析,并提出建立函数迭代系统模型对积灰结渣结构进行研究和模拟。运用此新的方法,模拟结果取得理想的结果。本文的最大成果即利用分形理论对积灰结渣过程进行分析建模,特别是利用MATLAB语言编写计算机程序,模拟颗粒凝聚体的形成过程和特性、受热壁面上积灰结渣的动态生长过程、以及利用迭代函数系统对积灰结渣结构建立数学模型,此三方面是本文的创新点。文章最后对以后的研究方向和分形理论在流化床锅炉燃烧过程中的应用进行了前景分析和展望。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章概述  8-22
  1.1 流化床锅炉积灰结渣背景介绍  8-13
    1.1.1 循环流化床工作原理  9-10
    1.1.2 循环流化床锅炉的特点  10-12
    1.1.3 循环流化床锅炉的发展  12
    1.1.4 循环流化床锅炉的积灰结渣问题  12-13
  1.2 积灰结渣研究方法简介  13-20
    1.2.1 积灰结渣模型研究进展  14-16
    1.2.2 分形理论的基本概念  16-17
    1.2.3 基于分形理论的研究方法介绍  17-20
  1.3 本文的研究目的、意义、内容及创新  20-22
    1.3.1 本文的研究目的和意义  20-21
    1.3.2 本文研究内容及创新  21-22
第二章循环流化床内积灰结渣机理及模型研究  22-36
  2.1 流化床锅炉内灰粒沉积和粘结机理和过程研究  22-28
  2.2 灰粒沉积和结渣增长预测模型研究  28-31
    2.2.1 考虑时间和浓度等因素的模型  29-30
    2.2.2 考虑粒子流和粘附概率的模型  30-31
  2.3 模型分析与讨论  31-35
    2.3.1 热阻与浓度和时间等的关系分析  32-33
    2.3.2 热阻与粒子流和黏附概率关系的分析  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章基于扩散限制聚集的灰粒凝聚体生长建模与分析  36-52
  3.1 DLA模型的计算机模拟与分析  36-46
    3.1.1 灰粒碰撞凝聚模型的假设  36-37
    3.1.2 模型建立与程序实现  37-38
    3.1.3 模拟结果与分析  38-46
  3.2 DLCA的计算机模拟与分析  46-51
    3.2.1 有限扩散集团凝聚模型的数学形式  46-48
    3.2.2 模拟结果与分析  48-51
  3.3 本章小结  51-52
第四章基于扩散限制凝聚的动态沉积建模和分析计算  52-66
  4.1 基于扩散限制凝聚的灰粒动态沉积建模  52-53
    4.1.1 建模分析  52
    4.1.2 模型假设  52-53
    4.1.3 模型建立与计算机实现  53
  4.2 计算机模拟结果和分析  53-65
    4.2.1 无剥蚀作用的扩散沉积凝聚模型及分析  54-57
    4.2.2 有剥蚀作用的扩散沉积凝聚模型及分析  57-59
    4.2.3 有剥蚀作用并改变粒子黏附概率的模型及分析  59-61
    4.2.4 改变剥蚀条件的扩散沉积凝聚模型及分析  61-63
    4.2.5 模型综合分析  63-65
  4.3 本章小结  65-66
第五章基于牛顿迭代函数系统的积灰结渣建模研究  66-76
  5.1 迭代函数系统（IFS）  66-68
  5.2 仿射变换的数学表达  68-69
    5.2.1 二维变换模型  68-69
    5.2.2 三维变换模型  69
  5.3 算法设计与实现  69-72
    5.3.1 算法与步骤  69-71
    5.3.2 IFS码的确定  71-72
  5.4 IFS模拟积灰结渣结果与分析  72-75
    5.4.1 积灰结渣模拟实现及结果  72-73
    5.4.2 动力学意义浅析  73-75
  5.5 本章小结  75-76
第六章结论与展望  76-80
  6.1 结论  76-77
  6.2 展望  77-80
参考文献  80-84
发表论文和参加科研情况说明  84-85
致谢  85

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