[发明专利]基于Mie散射理论的汽轮机蒸汽湿度测量方法

摘要

本发明公开了一种基于Mie散射理论的汽轮机蒸汽湿度测量方法，其实施步骤如下：1)通过激光器从汽轮机汽缸的监测窗口射入激光光束，采集散射光分布图像，基于散射光分布图像获取各个散射体的实测散射光强；2)基于Mie散射理论计算出所述各个散射体的理论散射光强，计算各个散射体的理论散射光强、实测散射光强的最小二乘和并均匀搜索寻找由质量中间半径、尺度分布参数和水滴数密度三者组成的最优参量；3)结合所述最优参量计算Rosin-Rammler函数和单位体积内含有液态水滴的体积；4)计算汽轮机的蒸汽湿度。本发明具有非接触、大范围、准确实时、安全性好、可靠性高、使用简单方便的优点。

主权项

一种基于Mie散射理论的汽轮机蒸汽湿度测量方法，其特征在于实施步骤如下：1)通过激光器从汽轮机汽缸的监测窗口射入激光光束，通过带有长焦镜头的相机透过监测窗口采集汽缸内水滴的散射光分布图像，将所述散射光分布图像中指定像元作为由水滴组成的各个散射体，分别基于散射光分布图像获取各个散射体的实测散射光强；2)基于Mie散射理论计算出所述各个散射体的理论散射光强，计算各个散射体的理论散射光强、实测散射光强的最小二乘和，以所述最小二乘和对应目标函数的最小值为最优值，均匀搜索寻找由质量中间半径尺度分布参数K和水滴数密度N三者组成的最优参量；3)结合所述最优参量，根据式(1)和式(2)计算用于描述湿蒸汽中水滴粒径分布的Rosin‑Rammler函数f(r)和单位体积内含有液态水滴的体积V；$f\left(r\right)=0.693\frac{K-1}{{\stackrel{\‾}{r}}_{0.5}}{\left(\frac{r}{{\stackrel{\‾}{r}}_{0.5}}\right)}^{K-1}\exp [-0.693{\left(\frac{r}{{\stackrel{\‾}{r}}_{0.5}}\right)}^K]---\left(1\right)$式(1)中，表示所述最优参量中的质量中间半径，K表示所述最优参量中的尺度分布参数，r表示水滴半径；$V=\frac{8\mathrm{\π}}{3}{\∫}_{r_1}^{r_2}{r}^3\·N\·f\left(r\right)\mathrm{dr}---\left(2\right)$式(2)中，N表示最优参量中的水滴数密度，r₁表示水滴粒径的下限，r₂表示水滴粒径的上限，r表示水滴半径，f(r)表示前述的Rosin‑Rammler函数；4)根据式(3)计算汽轮机的蒸汽湿度；$Y=\frac{V/v_m}{V/v_m+(1-V)/v_v}---\left(3\right)$式(3)中，Y表示汽轮机的蒸汽湿度，V表示前述的单位体积内含有液态水滴的体积，v_m表示饱和水的比容，v_v表示饱和蒸汽的比容。