四喷嘴对置式气化炉撞击火焰图像的多重分形分析.pdf

94D 第五届博士生学术年会论文集 四喷嘴对置式气化炉撞击火焰图像的多重分形分析① 牛苗任 郭庆华 颜卓勇 梁钦锋 于广锁 王辅臣 华东理工大学资源与环境工程学院，上海市，200237 摘 要 在四喷嘴对置式气化炉热模试验平台上，用MF—DFA方法对不同试验条件下的 撞击火焰进行了多重分形分析，在口0时，得到相应的多重分形谱，说明火焰图像具有多重分 形特征；在柴油进料量保持不变的条件下，喷口气速从50m／s增大至100m／s，Aa值在0．3～ 0．5有很小的波动，说明分形集的奇异性较低，燃料雾化、混合效果好，火焰亮度分布较均匀。 结果表明，四喷嘴对置式气化炉，喷嘴之间的协同作用好，适应能力强，具有较高的气化效率。 关键词 多相流反应工程 气化炉 火焰图像 多重分形 引言 多喷嘴对置式水煤浆气化技术作为洁净高效的产业化成套技术，应用于水煤浆为原料制备合成气 和燃料气。是发展煤基化学品(如甲醇、氨、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、 制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。气化炉内平均温度 约1300℃(火焰前沿温度更高)，气化过程基本上属于快反应，与流体流动密切相关的混合过程在其中 起着极为重要的作用。撞击流技术基本孛句思是使多股气体一颗粒或滴粒两相流沿同轴相向流动，并在 撞击面上相互撞击。火焰图像能清晰地反映气化炉内撞击火焰几何特征分布规律，是颗粒特性、气体性 质、反应器几何特性等诸多因素的综合反应，对火焰图像的研究是气流床气化炉基础理论研究的重要组 成部分。 由于CCD(ChargeCoupledDevice)摄像机耐灼伤，工作稳定可靠，图像高清晰等优点，还可与数字 图像处理相结合，国内外很多研究机构都做了大量研究，特别着重于火焰的几何特征和煤粉锅炉完全燃 烧的温度场重建方面，丽对气化炉中气化燃烧火焰的研究还极少。分形作为20多年来兴起的一门非线 性学科正引起人们广泛的兴趣和重视，但在气流床气化方面的报道并不多。由于MF—DFA方法是近两 年来发展的一种简单、精确的多重分形分析新方法，所以本文采用MF—DFA方法着重研究四喷嘴对置 式气化炉内撞击气化燃烧火焰图像的多重分形特征。 一、MF-DFA方法简介 detrendedfluctuation 多重分形消除趋势波动分析法(muhifractal 近提出的一种新的多重分形分析方法，简称MF—DFA方法。该方法是DFA方法的推广。DFA是处理 非平稳时间序列长程相关性的有力工具。因此，使用MF-DFA方法可以对菲平稳时间序列进行多重分 (NCET-05—0413)i长江学者和创新团酞发展计射(IRT06Zo)。 化学与化工 94i 形分析。顾高峰和周炜星把MF—DFA方法推广到二维曲面或更高维空间的数据处理中。对于一个自 相似或者自仿射二维曲面X(i，j)，i一1，2…．M，歹=l，2…，N，MF—DFA方法的步骤如下： s个数据，标记为X…，区 (1)把曲面X(i，歹)分成M，×N，个互不相交的区间，每一个区间含有sx 一(锄一1)s。 (2)对每一个区间X…，计算其累加和U…， ‰。一∑∑X…(志。，走：) (1) ^·2Ik z21 这里1≤i，歹≤s。注意，Uv,w本身仍是一个数据个数为s×s的曲面。 (3)用二元多项式函数Uv,w对曲面“…进行拟和 tt。．。(i，歹)=ai2+勿2+c／j+d／+ej+f (2) 这里1≤i，歹≤5。a，b，f，d，e和厂六个参数用最小二乘法进行拟合。这样可以得到残差矩阵e。．。(i，歹)， e。．。(i，．『)一U。．