激光散射理论在汽轮机排汽湿度及水滴颗粒直径测量中的应用研究

论文摘要

对于发电企业来说,提高汽轮机的经济性有着重要的意义。目前有许多基于不同原理的测量汽轮机末级叶片水滴直径和蒸汽湿度的方法,为水滴直径和蒸汽湿度测量提供了强有力的手段,但现有的热力学方法需要所抽取的蒸汽试样具有代表性,而光学探针法会对汽体的流动产生干扰。基于以上缺点,本文提出了一种基于激光mie氏散射理论的无接触的测量方法。本文首先介绍了汽轮机末级存在的水滴所造成的损失,并且给出了电厂现在所采用的除湿方法。对于光学探针法的研究进展也进行了详细地阐述,然后介绍了一些相关的光学知识;当不同粒径的颗粒被平行激光束照射后发生光散射现象。散射光的参数包含有被测颗粒粒径的信息,但其数值计算量大且复杂。当颗粒粒径满足一定条件时,可以用mie氏散射来计算,应用递推法计算了mie散射系数,同时介绍了三波长测量水滴直径;针对不同的颗粒群只要测量出不同角度的角射光能量,在理论上就可反演出颗粒的粒径分布,可以使用不同的分布函数去逼近被测颗粒的粒径分布,其中,比较常用的是双R-R分布函数,采用了非独立模型来模拟水滴颗粒的分布,并用matlab编出了相应的程序。根据已有的锅炉实验装置,设计了模拟湿蒸汽的实验台,对于所需要的热电偶、压力表、阀门等附件进行了选型。接下来就所要测量的湿蒸汽进行了光路的设计,对所需要的光电器件进行了选型。给出了部分测量结果,进行了简单的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题的背景及意义
• 1.3 课题的研究现状
• 1.3.1 湿汽损失的机理、叶片侵蚀的机理、防护
• 1.3.2 汽轮机排汽湿度的常规计算
• 1.3.3 汽轮机末级叶片水滴直径和湿度的实验研究方法进展
• 1.4 本文主要的内容
• 第二章 颗粒理论基础
• 2.1 光的散射和吸收、消光
• 2.1.1 散射截面、吸收截面和消光截面
• 2.1.2 散射系数、吸收系数和消光系数
• 2.2 lambert-beer定律和光学厚度定义
• 2.2.1 lambert-beer定律
• 2.2.2 光学厚度
• 2.3 无量纲参数α
• 2.4 颗粒群的平均粒径
• 2.5 非独立模型分布和独立模型分布
• 2.6 散射的分类及简介
• 2.6.1 散射的分类
• 2.6.2 不相关散射与相关散射
• 2.6.3 单散射与复散射
• 2.7 Mie氏散射理论及数学表达式
• 2.7.1 强度分布函数
• 2.7.2 复振幅系数及计算方法
• πn和^τn的计算'>2.7.3^πn和^τn的计算
• 2.8 Mie散射的特点
• 第三章 测量方法及原理
• 3.1 基于激光的散射理论的测量方法
• 3.1.1 测量方法
• 3.1.2 基于激光散射理论的测量方法的优点
• 3.2 光散射法测量颗粒尺寸和浓度的理论研究
• 3.3 光散射法的微粒粒径分布求解算法研究
• 3.3.1 Phillips—Twomey方法
• 3.3.2 目标函数的确定
• 3.3.3 变换矩阵的确定
• 3.3.4 优化计算
• 第四章 湿蒸汽环境模拟实验台的设计
• 4.1 实验台的整体布置结构图及基本参数
• 4.2 蒸汽管道直径的确定
• 4.3 喷嘴进、出口速度的确定
• 4.4 喷嘴的计算
• 4.4.1 喷嘴的型式
• 4.4.2 喷嘴出口直径的确定
• 4.4.3 喷嘴长度H的计算
• 4.5 集汽器长度的计算
• 4.6 观察孔的位置确定
• 4.7 观察镜片要求及窗口的选择
• 4.7.1 观察镜片的要求
• 4.7.2 窗口的选择及安装方式
• 4.7.3 镜片安装方式
• 第五章 实验及结果分析
• 5.1 整体结构及系统设计
• 5.1.1 总体设计
• 5.1.2 器件的选择
• 5.2 实验方案及结果分析
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 测量数据及结果分析
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录B Matlab编写三波长求解水滴颗粒直径
• 附录C Matlab编写的R-R分布下的光强值计算