遠紅外輻射場優化與匹配度計算的研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 =80mm,BC=350mm,CD=280mm,AD=320mm,ED桿的擺動范圍為15o。EF板的長度為8000mm，厚度為20mm，ED長度為420mm。烘爐類型為箱式烘爐，一端有門，受熱車體沿著一定的坡度固定在EF的鐵板上，關上爐門進行烘干。 遠紅外參數 溫度的確定與輻射管的選擇由優化程序得最佳輻射溫度為=419K采用石英管作為輻射管，當輻射溫度較高時，紅外涂料可以不予考慮。 被加熱物的最佳烘干溫度由《遠紅外輻射加熱技術》表217查知二甲苯的最佳加熱溫度為150—170 C，選取=170 C。 距離系數與射角系數和勻度系數由于輻射距離為500mm，相臨輻射管間距為360mm,由《遠紅外輻射加熱技術》表219，取距離系數=將90186。受照面分成6等份，則由于強輻射要求有較為均勻的溫度場，爐內輻照度近似均勻一致。滿度系數一般取經驗公式取 ～1之間。 輻射單支功率、支數及其布置的確定根據輻射管在爐膛不同高度上達到200C， w/cm2。布置168支輻射管，3支輻射管選為一組，共分56組，輻射器單只功率、型號取為一致，管徑均取18mm，管長均為1000mm。其中：d——輻射管外徑，㎝——輻射管有效長度，㎝ 選取輻射管的管徑d均為18mm,管長均為1000mm，有效長度為1000mm.kw 烘干爐其他設計 輻射加熱裝置及輻射器的組合與工藝布置輻射加熱裝置有石英遠紅外輻射器和不銹鋼反射罩組成。如果加熱爐工件表面的輻照強度處處相等，則加熱質量不難保證，根據輻照度的均勻性主要決定于爐內輻射器的組合方式和工藝。 熱電偶布置與通風控制為了實現溫度的均勻性，熱電偶作了兩種不同的測溫。其一是爐膛空間的溫度（左右各兩支），其二是輻射。對于烘干爐，當可燃氣體集中揮發時，必須迅速用風機抽出氣體以保證安全，抽出氣體進入催化燃燒裝置，從催化裝置出來的氣體在大于爐膛，以減少能量損失。 爐體保溫與爐溫控制遠紅外線輻射加熱雖以輻射加熱為主，但對爐的保溫隔熱也很重要。有些烘爐的溫度可以達到50~60度以上，這樣經爐殼散失的熱量將占總功率的以上。為提高加熱效率，盡量減少爐體熱損失設計應考慮的以下幾點：1. 按定向集中的原則設計，盡量避免由爐內壁向外散熱；2. 加強爐壁的反射；3. 提高爐墻的熱阻，減輕爐墻的自重，采用高溫絕熱材料保溫，主要原因是價格便宜，重量輕；4. 加強爐體的封閉，防止不必要的輻射損失和對流損失；5. 烘干爐的鐵板外殼導熱快，散熱好，因降低烘干爐外表面的溫度；6. 盡量減少爐體尺寸和總重，以減少自身蓄熱和散熱面積。一般烘干爐都是控制爐溫以代表工件的溫度，而遠紅外線輻射則應控制輻射器溫度，用熱電偶測出爐膛各處的溫度。用可控硅自動控制溫度。第5章 程序設計 優化溫度場程序設計 算法流程圖圖51 輻射照度優化算法圖 積分算法分析對于不易直接用積分公式計算的原函數，通常用復合梯形求積公式或復合拋物線求積公式等方法，但這些方法精度不高，收斂的速度緩慢。為了提高收斂速度，減少計算量，人們尋求其他方法。Romberg方法也稱為逐次分半加速法。它是在梯形公式、辛卜生公式和柯特斯公式之間的關系的基礎上，構造出一種加速計算積分的方法。作為一種外推算法, 它在不增加計算量的前提下提高了誤差的精度。在等距基點的情況下，用計算機計算積分值通常都采用把區間逐次分半的方法進行。這樣，前一次分割得到的函數值在分半以后仍可被利用,且易于編程 。推導和證明略去,以下是一些對理解Romberg算法很關鍵的信息，對區間[a， b]，令構造梯形值序列{ }。把區間二等分，每個小區間長度為，于是把區間四(22)等分，每個小區間長度為，于是把[a，b]2k等分，分點每個小區間長度為由歸納法可得下圖的第一個公式。圖52 Romberg積分序列圖應用中,算到Rn級別即可(7階的精度), 精度再高則會與累計誤差相沖突下面舉一個例,代碼運行一下：取e=,用龍貝格方法計算積分 ：解按上述五步計算，此處由梯形公式得計算 用變步長梯形公式得由加速公式得求出進而求得計算進而求得把區間再二分，重復上述步驟算得由于 |R1R2|=,計算可停止，取R2= 輻射場優化原程序includeincludedefine epsilon define Maxrept 10//控制循環次數//直照度積分函數//直照度積分函數形參中心角，測試點坐標 z2,輻射管中心 z坐標z0Double function(double a,double z2_1,double z0_1,double y0_1,double x2){double t1=0,t2=0,d,f=0,f1=0,f2=0。//c1為輻射管中心線到測試屏的距離，R為輻射管管徑，L為輻射管半長，Lb1為定向輻射強度double c1=500y0_1,R=9,L=500,Lb1=。t1=c1R*cos(a)。//t2=z2_1z0_1R*sin(a)。d=sqrt(t1*t1+t2*t2)。//f1為直照度積分函數含x部分對x在L到L積分后的結果f1=(atan((Lx2)/d)+atan((L+x2)/d)+(Lx2)*d/(d*d+(Lx2)*(Lx2))+(L+x2)*d/(d*d+(L+x2)*(L+x2)))/(d*d*d)。//f2為直照度積分函數不含x的部分f2=R*Lb1*(c1*cos(a)+(z2_1z0_1)*sin(a)R)*(c1R*cos(a))。//f2〈0，說明輻射管在那一部分不可見if(f20) f2=0。f=f1*f2。//cout **/f/**fendl。return(f)。} //積分通用模塊//參數為積分上下限，測試屏上點的z坐標，輻射管中心線的z坐標，y坐標，測試屏上點的x坐標double romberg(double aa,double bb,double z2,double z0,double yo,double x2){//m控制迭代次數,n控制梯形積分的分點數 n=2^mint m,n。int i,k。 double h。double s,q。q=0。double ep。//精度要求double *y=new double[10]。//一維數組//每次計算依次存儲romberg積分計算表的每行元素，以供計算下一行，算完后更新double p。//p總是指示待計算元素的前一個元素//迭代初值h=bbaa。y[0]=h*(function(aa,z2,z0,yo,x2)+function(bb,z2,z0,yo,x2))/。m=1。n=1。ep=epsilon+。//迭代計算while((ep=epsilon)amp。amp。(mMaxrept)){//復化梯形積分求T2n（romberg計算表中的第一列）， n初值為1p=。for(i=0。in。i++)//求Hn{double x1。x1=aa+(i+)*h。p=p+function(x1,z2,z0,yo,x2)。}p=(y[0]+h*p)/。//求m行元素，根據romberg計算本行的前一個元素，由p指示s=。for(k=1。k=m。k++){s=。q=(s*py[k1])/3。y[k1]=p。p=q。}ep=fabs(qy[m1])。m=m+1。y[m1]=q。n=n+n。h=h/。}//coutaa aabb bbendl。//coutqendl。return(q)。}////反照度include includedefine epsilon define Maxrept 10//參數依次為反射罩上的點的坐標x,y,z測試點坐標z2,輻射管中心線坐標z0,y0,測試點坐標x2double reflection2(double x,double y,double z,double z2,double z0,double y0,double x2){double m1,m2,n1,n2,p1,p2。double t1=0,t2=0,t3,t4,t。double m,n,p,y2=500,Ezl=0。m1=xx2。n1=yy2。p1=zz2。t3=50*50+(z0z)*(z0z)。t4=50*(y2y)+(z0z)*(z2z)。//coutt4 t4endl。double zz。zz=(100y2)*(z2z)/(y2y)+z2。//判斷反射點不在拋物柱面外側或不與拋物柱面相交if((zz=z0100)amp。amp。(zz=z0+100)){t=2*t4/t3。m2=0。n2=50*t。p2=(z0z)*t。//入射線方向向量m=m1+m2。n=n1+n2。p=p1+p2。 //判斷反射點不在拋物柱面的對稱線上 if(p!=0)//cout****endl。 { double K,x1,y1,z1=0。 //用matlab符號求解入射線與輻射管的交點 double b1,a1,a2,a3,a4,a,b。 b1=2*n*y*p+2*n*y0*p+2*n*n*z+2*p*p*z0。 a1=81*p*p*p*p+81*n*n*p*pp*p*p*p*y*yp*p*p*p*y0*y0。 a2=2*n*y0*p*p*p*z02*n*y*p*p*p*z0n*n*p*p*z0*z02*p*p*p*n*z*y0+2*p*p*p*p*y*y0。 a3=2*p*p*p*n*z*yp*p*n*n*z*z+2*n*n*z*p*p*z0。 a4=a1+a2+a3。 //入射線與z=z0面的交點的x坐標 double x_1=m*(z0z)/p+x。 //if((x_1500)||(x_1500))coutx_1x_1endl。 //判斷假想的入射線向量與圓柱面有兩個交點 if(a40) { a=sqrt(a4)。 //cout/*/*/*/ aendl。 if(zz0) { b=b1+a。 //判斷p和n是否同時為零 if(p*p+n*n==0)cout?***?p*p+n*nendl。 //輻射點z坐標 z1=(p*p+n*n)*b。 //判斷與圓柱面的交點是存在的 if((z1z0+9)||(z1z09))coutz1 z1endl。 K=(z1z)/p。 //輻射點x,y坐標 y1=n*K+y。 x1=m*K+x。 //判斷入射線是否與輻射管相交 if((x1500)amp。amp。(x1500)) { double d1,d2,Lb1=。 //點p與點p2的距離 d1=sqrt((xx2)*(xx2)+(yy2)*(yy2)+(zz2)*(zz2))。 //點p與點p1的距離 d2=(xx1)*(xx1)+(yy1)*(yy1)+(zz1)*(zz1)。 double tt=50*(y2y)+(z0z)*(z2z)。 //反照度計算 Ezl=Lb1*fabs(tt)/(d1*d2*sqrt(t3))。 //coutEzl Ezlendl。 } } if(zz0) { b=b1a。 //輻射點z坐標 z1=(p*p+n*n)*b。 K=(z1z)/p。 //輻射點x,y坐標 y1=n*K+y。 x1=m*K+x。 //判斷入射線是否與輻射管相交 if((x1500)amp。amp。(x1500)) { double tt,d1,d2,Lb1=。 //點p與點p2的距離 d1=sqrt((xx2)*(xx2)+(yy2)*(yy2)+(zz2)*(zz2))。 //點p與點p1的距離 d2=(xx1)*(xx1)+(yy1)*(yy1)+(zz1)*(zz1)。 tt=50*(y2y)+(z0z)*(z2z)。 //反照度計算 Ezl=Lb1*fabs(tt)/(d1*d2*sqrt(t3))。 //coutEzl Ezlendl。 //coutz z z0 z0endl。 } }//cout****** a *** z0 ** z09 /// z1 ** z0+9endl。 ret