[发明专利]基于数字孪生的工业加热炉温度场预测方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的工业加热炉温度场预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立工业加热炉的数据集，包括工况数据和根据CFD仿真温度场确定温度场；

2)进行数据处理，包括：对工况各数据进行归一化处理、根据温度场还原炉膛平面温度云图；

3)改进cGAN网络，将cGAN网络的损失函数改为：

其中，

式中，x代表输入的工况，y代表真实温度场，G(·)代表生成器，D(·)代表判别器，δ为Huber Loss损失函数中自定义的参数，λ为自定义的权重值；

4)训练改进的cGAN网络；

5)在完成网络训练之后，得到一个以工况作为输入，温度矩阵作为输出的生成器，再分别将不同平面的工况数据输入所述的生成器，最终得到工业加热炉温度场。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的工业加热炉温度场预测方法，其特征在于，步骤1)所述的数据集包括：

(1.1)工况数据具体包括：

炉膛辐射顶压力(Pa)、燃料气自系统来温度(℃)、燃料气自系统管网来流量(t/h)、空气流量(t/h)、炉膛热空气入炉前温度(℃)、辐射进料至炉膛温度(℃)、炉膛第一路辐射进料流量(t/h)、炉膛辐射进料出口温度(℃)、炉膛辐射进料出口温度(℃)；

(1.2)CFD仿真温度场，包括：

(1.2.1)根据加热炉内部结构选择物理模型：湍流模拟选择雷诺平均纳维-斯托克斯方程的方法，采用湍流两方程模型中的标准k-ε模型，当涉及对象为气体燃料在辐射炉中燃烧的情况，还要采用与容积化学反应相关的组分输运模型；

(1.2.2)计算域和边界条件：燃料和空气进口边界条件均为质量流量，出口边界条件为静压，管壁设为壁面边界条件；

(1.2.3)采用结构化网格和非结构化网格进行网格划分：在加热炉内部及炉管外部划分出一个长方体空间作为过渡区域，所述过渡区域能够包住所有的炉管；除去过渡区域之外的炉内区域，命名为主体区域；在主体区域内使用结构化网格划分，炉管内使用非结构化网格，过渡区域用非结构化网格填充，网格总数为900万～1100万；

(1.2.4)CFD仿真计算：在划分网格之后，通过借助计算机，使用数值分析的方法求解相关微分方程组，得到加热炉内温度场的三维空间分布，确认为真实温度场。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的工业加热炉温度场预测方法，其特征在于，步骤2)所述的：

(2.1)对工况各数据进行归一化处理，是采用如下公式：

其中，x为要进行归一化的数据，mean、max、min分别为该工况数据训练样本范围内的均值、最大值、最小值；

(2.2)根据真实温度场还原炉膛平面温度云图

真实温度场是由加热炉模型各个计算节点构成，包含各个节点的三维坐标与计算温度值，选择计算节点中Z坐标数值相同的点，得到与Z坐标数值相同点对应的平面温度数据分布，利用基于三角形的三次插值方法，将空间分布不均匀的计算节点点阵转化为空间分布均匀的大小为68*420的温度矩阵，然后根据温度矩阵画出等温线图。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的工业加热炉温度场预测方法，其特征在于，步骤4)包括：使用归一化处理后的工况各数据作为改进的cGAN网络的输入，以归一化后的真实温度矩阵作为改进的cGAN网络的真值图，训练改进的cGAN网络，得到生成温度矩阵。