【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仿真，尤其涉及一种基于cfd降阶模型的粉煤气化炉建模方法及装置。
技术介绍
1、当前煤气化技术广泛应用于化工合成、燃料油合成、冶金还原气、联合循环发电、燃料电池、制氢和煤炭液化等领域。粉煤气化炉作为煤气化工艺的一种重要设备，通过将煤粉与氧气和水蒸汽混合，在高温下进行不完全燃烧，生成合成气。这种工艺不仅能够提高煤炭的利用效率，还能减少环境污染，具有重要的经济和环境价值。粉煤气化炉的模拟技术作为一种重要的工具，帮助工程师和研究人员更好地理解和优化煤气化过程，数值模拟可以揭示粉煤气化炉的热态流场分布特性，帮助改进燃烧器设计，提高气化炉的性能，使用模拟技术也可以对粉煤气化炉内的温度分布进行更精确的刻画和分析，这对于保证气化性能和过程安全至关重要。
2、传统的机理模型往往侧重于稳态过程的分析，对于气化炉的动态特性和瞬态过程的研究相对不足。然而，在实际运行过程中，气化炉经常需要面对各种瞬态工况和扰动，因此缺乏动态性的模型难以满足实际需求。
3、综上所述，需要一种能够提高模型的准确性和计算速度的建模方法，实现气化炉全工况及实时性的高精度模拟。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于cfd降阶模型的粉煤气化炉建模方法及装置，以实现气化炉全工况及实时性的高精度模拟。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种基于cfd降阶模型的气化炉建模方法，包括：
3、基于气化炉的功能分区构建气化炉的流动网络模型，构建各所述功能分区的化学反应模型；p>
4、基于所述流动网络模型和所述化学反应模型进行cfd模拟；
5、基于cfd模拟结果和所述气化炉的现场实验数据构建降阶模型；
6、通过所述降阶模型和所述气化炉的机理模型混合建模得到气化炉混合模型。
7、可选的，所述功能分区，包括：燃烧区、射流膨胀区、回流混合区、管流区和激冷区；相应的，所述基于气化炉的功能分区构建气化炉的流动网络模型，构建各所述功能分区的化学反应模型，包括：
8、根据所述燃烧区、射流膨胀区、回流混合区、管流区和激冷区的位置和连接关系以及所述气化炉的工作原理，构建气化炉的流动网络模型；
9、根据射流的动量和能量传递过程构建射流膨胀区模型；
10、根据合成气与未反应煤粉的混合特性构建回流混合区模型；
11、基于激冷环和下降管的热质传递模型构建激冷区模型；
12、根据各所述功能分区产生的化学反应，设置各所述化学反应模型的化学反应式。
13、可选的，所述基于所述流动网络模型和所述化学反应模型进行cfd模拟，包括：
14、构建所述气化炉的几何模型，并对所述几何模型进行网格划分；
15、基于所述流动网络模型、所述化学反应模型和所述几何模型构建cfd模型，通过所述cfd模型进行cfd模拟。
16、可选的，所述构建所述气化炉的几何模型，并对所述几何模型进行网格划分，包括：
17、根据气化炉各结构在炉内的准确位置，建立气化炉的三维结构模型，并对所述三维结构模型进行简化处理；
18、根据所述气化炉内部结构和流体流动特性，采用结构化混合非结构化网格的方式进行网格划分；
19、在网格的烧嘴处进行网格加密；依据不同网格密度的计算结果进行网格无关性检查。
20、可选的，所述通过所述cfd模型进行cfd模拟，包括：
21、根据所述气化炉的运行工况设置边界条件，所述边界条件，包括入口流速、温度和压力；
22、设定运动区域与静止区域的滑移交界面或重叠网格；
23、通过realizable k-ε模型对雷诺平均后的n-s方程进行封闭，以模拟流体计算的封闭区间；
24、以粉煤作为离散相，气体作为连续相，采用拉格朗日坐标下的随机轨道模型追踪颗粒的运动，以模拟粉煤在气化炉中受热，依次发生挥发分和焦炭气化反应以及挥发分与气化剂之间的气相反应；
25、通过lee模型处理相间传质以模拟离散相与连续相之间的相互作用，以获取不同操作条件下的至少一种cfd模拟结果。
26、可选的，所述基于cfd模拟结果和所述气化炉的现场实验数据构建降阶模型，包括：
27、对气化炉在实际工作中的至少一种标准工况进行仿真计算以获得工况数据库；
28、通过doe试验，基于所述工况数据库进行气化炉的工况和参数设计，得到降阶模型参数关联样本表，所述参数关联样本表表征不同变量在不同参数下进行组合时是否存在交互作用以及交互作用的程度；
29、集成气化炉有限元仿真模型，根据所述参数关联样本表调用所述cfd模型进行计算，得到降阶模型输入参数-输出结果样本表；
30、对所述现场实验数据进行归类、合并和统计分析，得到降阶模型输入参数-设备运行性能数据表；
31、通过参数降维进行降阶模型的训练数据分析，得到数据分析结果，所述数据分析结果表征降阶模型的训练数据中各变量对性能影响的重要程度；
32、基于所述降阶模型参数关联样本表、所述降阶模型输入参数-输出结果样本表和所述降阶模型输入参数-设备运行性能数据表进行代理模型建模，通过代理模型得到所述降阶模型。
33、可选的，所述通过参数降维进行降阶模型的训练数据分析，包括：
34、通过主成分分析法对所述现场实验数据进行分析，确定作为所述降阶模型的输入变量的参数；
35、通过灵敏度分析方法确定各变量对性能影响大小的重要程度并进行排序，得到所述数据分析结果。
36、可选的，所述通过代理模型得到所述降阶模型，包括：
37、根据输入工况的不同结果数据分为静态数据和动态数据，所述静态数据表征特定时间点或稳定工况下获取的数据，所述动态数据表征随时间或空间变化而连续变化的数据；
38、根据静态数据和动态数据分别建立静态降阶模型和动态降阶模型，并对静态降阶模型和动态降阶模型进行验证和训练，得到符合分析要求的降阶模型。
39、可选的，还包括：基于训练样本对代理模型的预测结果进行误差评估，根据评估结果计算平均误差或交叉验证cv值，通过所述平均误差或cv值评估所述降阶模型的稳定性和泛化能力；
40、可选的，将代理模型的预测精度与试验数据结果对比，计算性能预测结果的相对误差值。
41、根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于cfd降阶模型的气化炉建模装置，包括：
42、第一构建单元，用于基于气化炉的功能分区构建气化炉的流动网络模型，构建各所述功能分区的化学反应模型；
43、模拟单元，用于基于所述流动网络模型和所述化学反应模型进行cfd模拟；
44、第二构建单元，用于基于cfd模拟结果和所述气化炉的现场实验数据构建降阶模型；
45、建模单元，用于通过所述降阶模型和所述气化炉的机理模型混合建模得到气化炉混合模型。
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1.一种基于CFD降阶模型的气化炉建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能分区，包括：燃烧区、射流膨胀区、回流混合区、管流区和激冷区；相应的，所述基于气化炉的功能分区构建气化炉的流动网络模型，构建各所述功能分区的化学反应模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述流动网络模型和所述化学反应模型进行CFD模拟，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构建所述气化炉的几何模型，并对所述几何模型进行网格划分，包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述CFD模型进行CFD模拟，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于CFD模拟结果和所述气化炉的现场实验数据构建降阶模型，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过参数降维进行降阶模型的训练数据分析，包括：
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过代理模型得到所述降阶模型，包括：
9.根据权利要求8所述的方法
10.一种基于CFD降阶模型的气化炉建模装置，其特征在于，包括：
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-9中任一项所述的基于CFD降阶模型的气化炉建模方法。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-9中任一项所述的基于CFD降阶模型的气化炉建模方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于cfd降阶模型的气化炉建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能分区，包括：燃烧区、射流膨胀区、回流混合区、管流区和激冷区；相应的，所述基于气化炉的功能分区构建气化炉的流动网络模型，构建各所述功能分区的化学反应模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述流动网络模型和所述化学反应模型进行cfd模拟，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构建所述气化炉的几何模型，并对所述几何模型进行网格划分，包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述cfd模型进行cfd模拟，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于cfd模拟结果和所述气化炉的现场实验数据构建降阶模型，包括：
7.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄彩霞，葛铭，魏江，沈井学，
申请(专利权)人：杭州百子尖科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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