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基于本征正交分解理论的空冷系统模型降阶方法研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及发展概况

1.2.1 空冷系统研究现状及发展

1.2.2 国内外POD算法研究现状

1.3 论文的主要工作

第2章 基于本征正交分解的模型降阶理论

2.1 POD算法简介

2.2 基于POD方法的降阶原理分析

2.2.1 连续情况

2.2.2 离散情况

2.3 基于POD方法的模型降阶过程

2.4 本章小结

第3章 基于POD方法Rayleigh-Bénard热对流模型降阶

3.2 二维Rayleigh-Bénard热对流模型

3.2.1 物理模型

3.2.2 数学模型

3.3 经典差分格式及误差分析

3.4 降阶外推模型及误差分析

3.4.1 POD基的构造与相应误差分析

3.4.2 建立Rayleigh-Bénard热对流降阶外推模型

3.5 算例和计算结果分析

3.6 本章小结

第4章 基于POD方法的空冷单元模型降阶

4.1 空冷单元数学物理模型

4.1.1 空冷单元物理模型

4.1.2 空冷单元数学模型

4.2 空冷单元模型经典差分格式与模型计算分析

4.3 构造基于POD的空冷单元降阶外推模型

4.3.1 POD基的构造和误差分析

4.3.2 建立空冷单元降阶外推模型

4.4 结果与误差对比分析

4.4.1 不同POD基数对计算结果的影响

4.4.2 经典差分与降阶外推模型误差分析

4.4.3 降阶外推模型计算效率分析

4.5 本章小结

5.1 论文结论

5.2 论文展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

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摘要

火电厂空冷系统是一类复杂的偏微分方程系统,通常采用实验或者数值模拟来研究其流动和传热特性。但是由于系统模型本身复杂的耦合特性和高维的自由度,上述两种方法都需要大量的实验资源和计算时间,无法应用于现实系统的预测和控制。因此,建立一种能够保证足够精度的,具有快速计算特性的空冷系统低阶外推模型具有重要的应用价值。
  本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)是一种旨在提取数据主要特征的多变量统计方法,广泛应用于偏微分方程系统的模型降阶。本文针对空冷系统有关数学模型进行降阶处理,建立基于POD方法的有限差分降阶外推模型。首先对二维Rayleigh-Bénard热对流模型建立基于POD方法的二维Rayleigh-Bénard模型的有限差分降阶模,通过算例分析验证了降阶方法的快速性。其次针对实际电厂600MW空冷系统中的空冷单元,建立了基于N-S方程的流动模型,采用有限差分法进行离散,结合交错网格和泊松方程,求解初始时刻的速度场。提取样本数据构成瞬像集合,依据奇异值分解技术和本征正交分解原理,获取POD基,并以此为基础,建立了二维空冷单元的降阶外推模型。在给定初边值条件下,对降阶前后计算模型进行数值分析比较,结果表明降阶后的计算模型计算时间短,结果误差小,验证了降阶模型的高效性。同时,对不同工况下数值模拟结果进行比较,发现计算时间与工况无关,这是因为对于偏微分方程组数值计算而言,改变工况只是改变了计算的初边值条件,对计算过程中内部迭代求解并无影响,更加突出了降阶模型的灵活性。
  本文基于POD方法建立的空冷单元降阶外推模型,提高了计算效率,节省了计算时间,且能够保证计算精度,为后续空冷系统的流场分析提供了可靠的依据,具有广泛的应用前景和实用价值。

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