[发明专利]一种基于多相流模型的结圈分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多相流模型的结圈分析方法，将回转烧结装置内部作为控制区域，采用二方程雷诺平均湍流模型构建控制区域中气固混合物的流场模型，浸入式固体边界方法建立预期会发生结圈的第一位置所产生的源项，得到气固混合物的初始的压强场和速度场；欧拉多相流模型计算气固混合物的等效密度；将等效密度修正流场模型获得准确的压强场和速度场；计算气固混合物施加到装置壳体上的压力和剪切力，得到第一位置发生结圈时装置的运转特征频率；构建任一位置发生结圈时装置的运转特征频率与结圈发生位置的函数关系；获取当前回转烧结装置的运转特征频率，得到当前装置的结圈发生位置。通过该发明对回转烧结装置的结圈位置进行精确判断。

技术领域

本发明涉及过程控制技术领域，尤其涉及一种基于多相流模型的结圈分析方法及系统。

背景技术

回转烧结装置是指旋转煅烧窑（俗称旋窑），按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑等。生料粉从窑尾筒体高端的下料管喂入窑筒体内，由于窑筒体的倾斜和缓缓地回转，使物料产生一个既沿着圆周方向翻滚，又沿着轴向从高端向低端移动的复合运动，生料在窑内通过分解、烧成等工艺过程，烧成熟料后从窑筒体的底端卸出，进入冷却机。燃料从窑头喷入，在窑内进行燃烧，发出的热量加热生料，使生料煅烧成为熟料，在与物料交换过程中形成的热空气，由窑进料端进入窑系统，最后由烟囱排入大气。回转烧结装置筒体需要有足够的强度和刚度，筒体刚度主要是筒体截面的巨大横向切力作用下抵抗变形的能力。筒体强度表现为筒体在载荷作用下产生裂纹，尤其是滚圈附近的筒体，引起筒体强度变形和刚度变形的因素就是载荷。

回转烧结装置的结圈是回转烧结装置内高温带内壁发生的炉料环状粘附现象。轻微的粘附现象称为窑皮。如果发生粘附影响炉子正常操作时，即谓结圈。回转烧结装置的结圈达到一定程度后，将会影响到回转烧结装置的运行，必须进行处理。现有技术中，通过窑体外部温度场扫描来分析是否有结圈，该技术方案检测速度慢，效率低，而且受温度和距离的影响，导致检测精度不高，并且无法判断结圈的位置。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种基于多相流模型的结圈分析方法及系统，通过构建的多相流模型，输出回转烧结装置的结圈位置与设备运转特征频率的关系，从而能够精确判断结圈的位置，更加精确地对结圈故障进行处理。

为实现上述目的，本发明提供一种基于多相流模型的结圈分析方法，所述方法包括：

S1、将构建的回转烧结装置几何模型内部作为控制区域，以获取的回转烧结装置运行时的工艺参数作为模型初始条件，采用二方程雷诺平均湍流模型构建所述控制区域中气固混合物的流场模型，在所述控制区域中选取一预期会发生结圈的第一位置，利用浸入式固体边界方法，建立所述第一位置的结圈在所述流场模型中所产生的用于表征结圈的尺寸和形状的源项，得到所述第一位置发生结圈时所述气固混合物的初始压强场和初始速度场；

S2、基于所述流场模型构建所述控制区域中气固混合物的欧拉多相流模型，计算流场中各位置的多相流组分系数，计算所述控制区域中气固混合物的等效密度；

S3、将所述等效密度用于修正所述步骤S1中的流场模型，并获得所述控制区域中气固混合物准确的压强场和速度场；

S4、根据所述气固混合物准确的压强场和速度场，计算所述气固混合物施加到回转烧结装置壳体上的压力和剪切力，对所述压力和剪切力进行傅里叶变换，得到在所述第一位置发生结圈时回转烧结装置的运转特征频率；

S5、在所述控制区域选取多个预期会发生结圈的位置，重复执行所述步骤S1-S4，计算在每一个位置发生结圈时所对应的回转烧结装置的运转特征频率，并构建回转烧结装置内部任意位置发生结圈时回转烧结装置的运转特征频率与结圈发生位置之间的函数关系；

S6、获取当前回转烧结装置振动传感器捕捉到的信号特征频率，基于所述函数关系，获取当前回转烧结装置的结圈发生位置。

优选的，所述步骤S1包括：