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基于三维重建技术的篦冷机熟料冷却控制模型研究

张文明  
【摘要】: 提高水泥生产过程中的能量回收,降低水泥吨能耗,是国内外水泥工业目前需要解决的核心问题。篦冷机熟料冷却效率对水泥的质量和热量回收再利用有着重要的意义,水泥熟料的冷却控制水平直接决定着热回收效率。建立准确的冷却控制模型是提高冷却控制技术的前提,是实现节能降耗并向绿色水泥发展的关键。本课题以篦冷机热交换系统为研究对象,针对熟料三维重建、三维网格划分和三维气固换热特性等方面问题进行深入研究,建立熟料流动状态下三维网络控制模型。通过实验验证控制模型的正确性。具体工作包括: 研究水泥熟料冷却过程中熟料流动与空气流动特性,基于双目立体视觉技术对熟料进行三维重建。提出了基于二进小波变换的子线段匹配方法,采用由粗到细的匹配策略进行点对点匹配。仿真结果证明该方法具有较好的准确性与快速性,重建后的熟料三维形体满足进一步网格划分的需要。 提出基于几何特征和物理特征的三维网格划分加密规则,以熟料颗粒、温度、厚度和冷却风量的变化率作为评价尺度设计了熟料自适应网格划分算法,通过对对象的加密区域、区域布点等前期处理,选取最佳节点,从而对熟料三维重建后的三维体进行网格自动生成,并对特征区域进行局部加密。 根据气固两相流换热理论和流体动力学原理,基于自适应网格划分模型,对熟料流动冷却状态下换热特性进行研究,分析熟料厚度与颗粒直径波动对换热的影响;根据气固两相流颗粒受力的研究,建立熟料流动状态下颗粒碰撞的动力学模型,并对熟料颗粒运行轨迹进行仿真试验和实验平台试验对比,验证了模型的有效性。 研究熟料温度场与冷却风量、熟料运动速度、熟料厚度之间的数学关系,构建包含熟料微元换热信息的网格节点热平衡方程。通过对熟料冷却过程控制机理的研究,建立熟料多阶段冷却温度模型,并深入研究了熟料网格单元的对流换热及辐射换热所产生的温降模型,熟料冷却过程中特征参数之间内在联系,建立熟料冷却的三维网络控制模型,实现对冷却风量和熟料温度、厚度的控制。针对控制模型进行实验分析,实验结果验证了控制模型的有效性。


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