CN103439898B - 一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法 - Google Patents

一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法，该方法通过工业加热炉监测系统获得现场实时数据（加热炉可燃气体和空气的流速 、温度T和初始压强），把这些数据传递给数值计算软件FLUENT，通过FLUENT计算获得加热炉内温度场，然后把温度场计算结果回传给（工业加热炉监测系统）监测软件。通过该方法，可以实现数据自动采集，数值计算自动进行，达到对加热炉内温度场在线重构与监测。

Description

一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法
技术领域
 本发明涉及温度场在线监测技术，具体涉及采集数据的自动传递，FLUENT计算软件的自动运行及计算结果的自动传递技术。
背景技术
工业加热炉在工业生产领域特别是化工，电厂等得到了广泛的应用，加热炉内温度的高低对燃烧效率和能量消耗有着重要的作用，必须对加热炉内的燃烧状态和传热情况进行在线监控。目前常用的温度场测量方法主要有超声波测量和光学CCD测量，这两种测量方法需要在炉膛内安装相应的声学和光学仪器，加热炉内的温度高达2000℃以上，因此对仪器的材质和精度要求非常高，再加上数据处理设备，这两种测量方法成本很高；同时在数据算法中存在必要的近似处理，进一步影响温度场的精度。
发明内容
本发明目的是解决现有方法存在成本高和影响测量精度的问题，提出一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法，借助数值计算方法和工业加热炉监测系统，形成了一种自动运行，自动计算机制，为工业加热炉温度场在线重构与监测提供了一种新的方法。
    本发明采用的技术方案是：
一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法，该方法包括以下步骤：
第1步、利用VC6.0编写MFC接口程序，和具备OPC功能的工业加热炉监测系统建立连接，按照如下方法进行；
第1.1步、利用动态链接库技术，连接时使用动态链接库中的连接函数；
第1.2步、利用动态链接库技术，断开时使用动态链接库中的断开连接函数；
第1.3步、利用动态链接库技术，读和写数据时使用动态链接库中的读写函数；
第2步、从所述工业加热炉监测系统中读取加热炉可燃气体和空气的流速                                               、温度T和初始压强六个参数；
第3步、把第2步读取的六个参数传递给数值计算软件FLUENT，并使其自动运行，按照如下方法进行；
第3.1步、先手动完成一次FLUENT温度场的数值计算，并保存日志文件；
第3.2步、打开FLUENT日志文件并查找六个参数所在的位置；
第3.3步、把从工业加热炉监测系统中读取的六个参数写入日志文件的相应位置，生成新的日志文件；
第3.4步、通过运行新的日志文件来操控FLUENT，使其自动运行(采用批处理可执行
程序运行日志文件)；
第4步、FLUENT采用有限体积法进行数值计算，算法主要包括质量、动量、能量守恒方程，两方程模型，燃烧模型和辐射模型；
第5步、判断第4步FLUENT是否完成计算，若没有完成转到第4步继续计算，否则继续下一步操作；所述判断FLUENT是否完成计算，按照如下方法进行:根据文件夹中保存图片的数量来判断数值计算是否完成；
第6步、把第4步FLUENT计算结果以图片形式传递给工业加热炉监测系统，实现对工业加热炉内温度场在线重构与监测。
本发明的优点和有益效果：
通过上述本发明采用的技术方案可以看出，本方法采用自动运行数值计算和自动传递计算结果的方法，减低了监测设备的成本，同时提高了监测结果的精度，实现了工业加热炉内温度场在线重构与监测。
附图说明
图1是本发明实施的程序流程示意图。
图2是圆柱型甲烷火焰燃烧器。
图3是计算完成的温度场分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
本发明的方法是针对工业加热炉内温度场在线重构与监测。通过数值计算获得加热炉内温度场及可燃气体各组分的分布情况，然后实时回传给工业加热炉监测系统，获得加热炉内的温度场。该方法的具体步骤是：
第1步、利用VC6.0编写MFC接口程序，和具备OPC功能的工业加热炉监测系统建立连接，按照如下方法进行；
第1.1步、利用动态链接库技术，连接时使用动态链接库中的连接函数；
第1.2步、利用动态链接库技术，断开时使用动态链接库中的断开连接函数；
第1.3步、利用动态链接库技术，读和写数据时使用动态链接库中的读写函数。
第2步、从所述工业加热炉监测系统中读取加热炉可燃气体和空气的流速、温度T和初始压强六个参数；
第3步、把第2步读取的六个参数传递给数值计算软件FLUENT，并使其自动运行，按照如下方法进行；
第3.1步、先手动完成一次FLUENT温度场的数值计算，并保存日志文件；
第3.2步、打开FLUENT日志文件并查找六个参数所在的位置；
第3.3步、把从工业加热炉监测系统中读取的六个参数写入日志文件的相应位置，生成新的日志文件；
第3.4步、通过运行新的日志文件来操控FLUENT，使其自动运行(采用批处理可执行
程序运行日志文件)；
第4步、FLUENT采用有限体积法进行数值计算，算法主要包括质量、动量、能量守恒方程，两方程模型，燃烧模型和辐射模型；
第5步、判断第4步FLUENT是否完成计算，若没有完成转到第4步继续计算，否则继续下一步操作；所述判断FLUENT是否完成计算，按照如下方法进行:根据文件夹中保存图片的数量来判断数值计算是否完成。
第6步、把第4步FLUENT计算结果以图片形式传递给工业加热炉监测系统，实现对工业加热炉内温度场在线重构与监测。
其中，第3步FLUENT计算的前提是获得相关的初始条件（加热炉可燃气体和空气的流速、温度T、和初始压强六个参数），工程项目中一般使用组态软件作为监控，通过OPC技术连接组态软件获得所需的初始条件。组态软件会提供动态链接库作为对外接口，动态链接库包含了对外接口函数。
本发明找到一种使数值计算自动运行的方法：采用日志文件来驱动数值计算软件FLUENT完成一次自动的计算。对于日志文件的执行可以采用命令行的方法，也称为批处理可执行程序，它可以开始一个新的进程，并加载执行日志文件，从而完成数值的自动计算。
在进行数值计算前，必须把获得的六个参数传递给FLUENT，从上文可知，也就是把六个参数传递给日志文件，查找日志文件的相关信息，找到六个参数所在的地方，用最新采集到的值对其进行修改就完成了数据的传递。
FLUENT采用有限体积法进行数值计算，算法主要包括质量、动量、能量守恒方程，两方程模型，燃烧模型和辐射模型。可燃气体的反应机理也即燃烧模型采用有限速率模型，辐射模型采用离散坐标法，气体为定常流动。
FLUENT计算结束后会把温度场以图片的形式存入特定文件夹中，采用定时中断方式查询图片的数量用来判断计算是否完毕，若计算完毕就进行参数传递和下一轮计算，否则等待计算完毕。
组态软件从特定文件夹中读定时读取温度场图片，输出显示，以达到对工业加热炉内温度场的监测。
应用实例
下面通过本发明应用于圆柱形甲烷燃烧器的工业加热炉对本发明做进一步描述。
图2为圆柱型甲烷火焰燃烧器，利用VC6.0编写MFC接口程序，从工业加热炉监测系统中分别读取可燃气体和加热空气的相关参数，加热空气的三个参数为：速度=0.5m/s，温度T=500K，压强为；可燃气体甲烷的三个参数为：速度=80m/s，温度T=300K，压强为；根据本发明选定模型利用数值计算软件FLUENT计算可得温度场如图3所示。
本发明适用于对温度场进行在线重构和监测的工业加热炉系统，可以准确实时地提供加热炉内温度场信息。

Claims (5)

1.一种工业加热炉内温度场在线重构与监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第1步、利用VC6.0编写MFC接口程序，和具备OPC功能的工业加热炉监测系统建立连接；
第2步、从所述工业加热炉监测系统中读取加热炉可燃气体和空气的流速u、温度T和初始压强p六个参数；
第3步、把第2步读取的六个参数传递给数值计算软件FLUENT，并使其自动运行；
第4步、FLUENT采用有限体积法进行数值计算，算法主要包括质量、动量、能量守恒方程，k|ε两方程模型，燃烧模型和辐射模型；
第5步、判断第4步FLUENT是否完成计算，若没有完成转到第4步继续计算，否则继续下一步操作；
第6步、把第4步FLUENT计算结果以图片形式传递给工业加热炉监测系统，实现对工业加热炉内温度场在线重构与监测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第1步所述利用VC6.0编写MFC接口程序，和具备OPC功能的工业加热炉监测系统建立连接，按照如下方法进行：
第1.1步、利用动态链接库技术，连接时使用动态链接库中的连接函数；
第1.2步、利用动态链接库技术，断开时使用动态链接库中的断开连接函数；
第1.3步、利用动态链接库技术，读和写数据时使用动态链接库中的读写函数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第3步所述把第2步读取的六个参数传递给数值计算软件FLUENT，并使其自动运行，按照如下方法进行：
第3.1步、先手动完成一次FLUENT温度场的数值计算，并保存日志文件；
第3.2步、打开FLUENT日志文件并查找六个参数所在的位置；
第3.3步、把从工业加热炉监测系统中读取的六个参数写入日志文件的相应位置，生成新的日志文件；
第3.4步、通过运行新的日志文件来操控FLUENT，使其自动运行。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用批处理可执行程序运行日志文件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第5步所述判断第4步FLUENT是否完成计算，按照如下方法进行：根据文件夹中保存图片的数量来判断数值计算是否完成。
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