固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法和装置

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及固体废弃物热解技术，尤其涉及固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法和装置。

背景技术

近年来，我国固体废弃物产生量逐年上升，如果处置不当将对环境有较大的潜在危害，而且在这些固体废弃物中部分组分热值高，具有较好的资源利用价值，对其进行高效清洁的利用有重要意义。

热解是一种有效处置固体废弃物的技术，在无氧或者缺氧的条件下将固体废弃物转化为热解焦、热解气和热解油，这些产物经处理后能够高效利用。但是在实际热解过程中，由于物料的堆积会对物料的传热效率存在一定的影响，因此物料在热解装置中不同的空间位置上的温度会存在一定的差异。

相关技术中，在对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟时，物料导热系数往往取定值，然而实际上物料导热系数会随着热解的进行而变化，因此这就会导致模拟温度场与实际温度场相差较大。

发明内容

本说明书一个或多个实施例描述了固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法和装置，能够得到更准确的固体废弃物热解过程中的温度场。

根据第一方面，提供了一种固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法，包括：

获取由多个监测传感器发来的与每个所述监测传感器对应的监测数据；其中，所述热解装置内设置有物料，所述物料为固体废弃物，每个所述监测传感器均匀地设置于所述物料中，所述监测数据包括空间位置和实际温度；

接收由用户输入的预设的初始参数；其中，所述初始参数包括物料导热系数、进行数值模拟的单位时间和总计算时间；

基于所述初始参数和预设的数值模拟规则，对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟，得到在每个所述单位时间内与每个所述空间位置对应的模拟温度；

针对每个所述空间位置，基于与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度，对与当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个所述单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。

根据第二方面，提供了一种固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置，包括：

获取模块，用于获取由多个监测传感器发来的与每个所述监测传感器对应的监测数据；其中，所述热解装置内设置有物料，所述物料为固体废弃物，每个所述监测传感器均匀地设置于所述物料中，所述监测数据包括空间位置和实际温度；

接收模块，用于接收由用户输入的预设的初始参数；其中，所述初始参数包括物料导热系数、进行数值模拟的单位时间和总计算时间；

模拟模块，用于基于所述初始参数和预设的数值模拟规则，对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟，得到在每个所述单位时间内与每个所述空间位置对应的模拟温度；

修正模块，用于针对每个所述空间位置，基于与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度，对与当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个所述单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。

根据本说明书实施例提供的固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法和装置，通过获取由多个监测传感器发来的与每个监测传感器对应的监测数据；其中，热解装置内设置有物料，物料为固体废弃物，每个监测传感器均匀地设置于物料中，监测数据包括空间位置和实际温度；接收由用户输入的预设的初始参数；其中，初始参数包括物料导热系数、进行数值模拟的单位时间和总计算时间；基于初始参数和预设的数值模拟规则，对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟，得到在每个单位时间内与每个空间位置对应的模拟温度；针对每个空间位置，基于与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度，对与当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。因此，上述方案可以得到更准确的固体废弃物热解过程中的温度场。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本说明书一个实施例中固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法的流程图；

图2示出了本说明书一个实施例中固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置所在的设备的结构示意图；

图3示出了本说明书一个实施例中固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置的示意图。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。

下面结合附图，对本说明书提供的方案进行描述。

图1示出根据一个实施例的固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法的流程图。可以理解，该方法可以通过任何具有计算、处理能力的装置、设备、平台来执行。如图1所示，该方法包括：

步骤100：获取由多个监测传感器发来的与每个监测传感器对应的监测数据。

在步骤100中，热解装置内设置有物料，物料为固体废弃物，每个监测传感器均匀地设置于物料中，监测数据包括空间位置和实际温度。

其中，固体废弃物包括但不限于生活垃圾、工业垃圾和农业垃圾等。由于监测传感器能够监测其所在的空间位置和实际温度，因此可以理解为本说明书实施例提供的监测传感器是集成有陀螺仪和温度传感器的。将每个监测传感器均匀地设置于物料中，可以测得热解装置所盛装物料的不同空间位置的实际温度，以有利于修正每个空间位置对应的物料导热系数，从而可以得到更准确的固体废弃物热解过程中的温度场。热解装置即为在一个密闭的容器外壁面设置有加热装置，以向容器内的物料提供热量，从而完成热解过程。

步骤102：接收由用户输入的预设的初始参数。

在步骤102中，初始参数包括物料导热系数、进行数值模拟的单位时间和总计算时间，通过向终端设备中的模拟程序输入初始参数，以利于对固体废弃物热解过程中的温度场进行模拟。

在一些实施方式中，热解装置内还设置有气体(例如惰性气体)，初始参数还包括热解装置的结构参数(例如形状及其尺寸)、气体导热系数、初始气体温度、初始物料温度、传热面几何特征长度、普朗特数、雷诺数、气体与物料的接触面积、玻尔兹曼常量、热解装置的内壁面温度、热解装置的内壁面材料的发射率、物料的发射率、物料的粒径、热解装置的壁面与物料的接触面积和物料的比热容。

在本实施例中，通过设置上述初始参数，有利于借助步骤104中提供的对流换热量、辐射换热量和接触换热量等换热量计算公式完成对固体废弃物热解过程中的温度场的模拟。

需要说明的是，上述初始参数在开始输入到上述各换热量计算公式时均是已经确定的。此外，通常而言，对流换热量相对于辐射换热量和接触换热量较小，因此上述初始参数中的初始气体温度在开始就认为是恒值。

步骤104：基于初始参数和预设的数值模拟规则，对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟，得到在每个单位时间内与每个空间位置对应的模拟温度。

在步骤104中，预设的数值模拟规则包括采用对流换热量、辐射换热量和接触换热量进行数值模拟；其中，

对流换热量是采用如下公式进行计算的：

式中，Q

辐射换热量是采用如下公式进行计算的：

式中，Q

接触换热量是采用如下公式进行计算的：

式中，Q

为了实现对热解装置中每个物料进行温度场变化情况的分析，需要利用模拟程序针对每个物料逐一进行热分析，即计算每个物料在单位时间内的总换热量。例如，贴近热解装置内壁面的物料同时具有上述三种换热量，而未贴近热解装置内壁面的物料在初始时只具有对流换热量和辐射换热量；随着热解过程的进行，未贴近热解装置内壁面的物料由外至内逐渐同时具有上述三种换热量。在此，本说明书实施例对模拟程序是如何对每个物料进行的热分析不进行赘述。

在一些实施方式中，步骤104可以包括：

针对每个物料，均执行：步骤S1、基于初始参数和预设的数值模拟规则，计算当前物料在单位时间内的总换热量；步骤S2、基于当前物料在单位时间内的总换热量、当前物料的质量和比热容，计算当前物料在单位时间内的温度变化，以得到当前物料在经历单位时间后的新的物料温度；步骤S3、将新的物料温度作为初始物料温度，并循环执行步骤S1和S2，直至进行数值模拟的时间到达总计算时间；

基于每个空间位置和在每个单位时间内每个物料的物料温度，确定在每个单位时间内与每个空间位置对应的模拟温度。

在本实施例中，随着热解过程的进行，模拟程序就可以计算出每个物料在经历不同单位时间后的新的物料温度(即模拟温度)，然后在基于每个空间位置和在每个单位时间内每个物料的物料温度，就可以确定出在每个单位时间内与每个空间位置对应的模拟温度，如此方便后续对在每个单位时间内与每个空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到更准确的固体废弃物热解过程中的温度场。

步骤106：针对每个空间位置，基于与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度，对与当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。

在一些实施方式中，步骤106可以包括：

在每个单位时间内，针对每个空间位置，判断与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值的绝对值是否小于预设的温度差值；

如果小于预设的温度差值，则将与当前空间位置对应的物料导热系数作为目标物料导热系数，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场；

如果不小于预设的温度差值，则执行：将与当前空间位置对应的物料导热系数增加或减少预设的单位数值，并将得到的新的物料导热系数作为数值模拟规则的输入参数，以再次计算得到与当前空间位置对应的模拟温度，直至确定出与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值的绝对值小于预设的温度差值时的物料导热系数；将该物料导热系数作为目标物料导热系数，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。

在本实施例中，通过比较每个空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值，就可以完成对当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。其中，预设的温度差值例如可以是2K～5K中的任一值，在此对预设的温度差值不进行具体限定。

举例来说，物料导热系数的初始值为0.04，如果与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值的绝对值不小于预设的温度差值，则可以每次增加或减少0.002(即预设的单位数值)，这样逐渐修正物料导热系数，直至与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值的绝对值小于预设的温度差值。此时，可以将该物料导热系数作为目标物料导热系数，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。这样，得到的目标温度场更加符合实际情况，以为热解装置的结构设计和工艺优化提供一定的指导方向。

综上所述，上述方案通过获取由多个监测传感器发来的与每个监测传感器对应的监测数据；其中，热解装置内设置有物料，物料为固体废弃物，每个监测传感器均匀地设置于物料中，监测数据包括空间位置和实际温度；接收由用户输入的预设的初始参数；其中，初始参数包括物料导热系数、进行数值模拟的单位时间和总计算时间；基于初始参数和预设的数值模拟规则，对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟，得到在每个单位时间内与每个空间位置对应的模拟温度；针对每个空间位置，基于与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度，对与当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。因此，上述方案可以得到更准确的固体废弃物热解过程中的温度场。

如图2和图3所示，本说明书实施例提供了一种固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置所在的设备和固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图2所示，为本说明书实施例提供的固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置所在设备的一种硬件结构图，除了图2所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图3所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。

如图3所示，在本说明书的一个实施例中，提出了一种固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置，包括：

获取模块300，用于获取由多个监测传感器发来的与每个所述监测传感器对应的监测数据；其中，所述热解装置内设置有物料，所述物料为固体废弃物，每个所述监测传感器均匀地设置于所述物料中，所述监测数据包括空间位置和实际温度；

接收模块302，用于接收由用户输入的预设的初始参数；其中，所述初始参数包括物料导热系数、进行数值模拟的单位时间和总计算时间；

模拟模块304，用于基于所述初始参数和预设的数值模拟规则，对固体废弃物热解过程中的温度场进行数值模拟，得到在每个所述单位时间内与每个所述空间位置对应的模拟温度；

修正模块306，用于针对每个所述空间位置，基于与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度，对与当前空间位置对应的物料导热系数进行修正，以得到在每个所述单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。

在本发明实施例中，获取模块300可用于执行上述方法实施例中的步骤100，接收模块302可用于执行上述方法实施例中的步骤102，模拟模块304可用于执行上述方法实施例中的步骤104，修正模块306可用于执行上述方法实施例中的步骤106。

在本说明书提出的装置的一个实施例中，所述热解装置内还设置有气体，所述初始参数还包括所述热解装置的结构参数、气体导热系数、初始气体温度、初始物料温度、传热面几何特征长度、普朗特数、雷诺数、所述气体与所述物料的接触面积、玻尔兹曼常量、所述热解装置的内壁面温度、所述热解装置的内壁面材料的发射率、所述物料的发射率、所述物料的粒径、所述热解装置的壁面与所述物料的接触面积和所述物料的比热容。

在本说明书提出的装置的一个实施例中，所述预设的数值模拟规则包括采用对流换热量、辐射换热量和接触换热量进行数值模拟；其中，

所述对流换热量是采用如下公式进行计算的：

式中，Q

所述辐射换热量是采用如下公式进行计算的：

式中，Q

所述接触换热量是采用如下公式进行计算的：

式中，Q

在本说明书提出的装置的一个实施例中，所述模拟模块，用于执行如下操作：

针对每个所述物料，均执行：步骤S1、基于所述初始参数和预设的数值模拟规则，计算当前物料在单位时间内的总换热量；步骤S2、基于当前物料在单位时间内的总换热量、当前物料的质量和比热容，计算当前物料在单位时间内的温度变化，以得到当前物料在经历单位时间后的新的物料温度；步骤S3、将所述新的物料温度作为所述初始物料温度，并循环执行步骤S1和S2，直至进行数值模拟的时间到达所述总计算时间；

基于每个所述空间位置和在每个所述单位时间内每个所述物料的物料温度，确定在每个所述单位时间内与每个所述空间位置对应的模拟温度。

在本说明书提出的装置的一个实施例中，所述修正模块，用于执行如下操作：

在每个所述单位时间内，针对每个所述空间位置，判断与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值的绝对值是否小于预设的温度差值；

如果小于预设的温度差值，则将与当前空间位置对应的物料导热系数作为目标物料导热系数，以得到在每个所述单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场；

如果不小于预设的温度差值，则执行：将与当前空间位置对应的物料导热系数增加或减少预设的单位数值，并将得到的新的物料导热系数作为数值模拟规则的输入参数，以再次计算得到与当前空间位置对应的模拟温度，直至确定出与当前空间位置对应的模拟温度和实际温度的差值的绝对值小于预设的温度差值时的物料导热系数；将该物料导热系数作为目标物料导热系数，以得到在每个所述单位时间内的固体废弃物热解过程中的目标温度场。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

根据另一方面的实施例，还提供了一种固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；

所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；

所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行本说明书任一实施例中的固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法。

根据再一方面的实施例，还提供了一种计算机可读介质，存储用于使一计算机执行如本文所述的固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的方法或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该方法或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本说明书的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作方法等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本说明书所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。

可以理解的是，本说明书实施例示意的结构并不构成对固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置的具体限定。在本说明书的另一些实施例中，固体废弃物热解过程中的温度场数值模拟装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本说明书方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本说明书方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

以上的具体实施方式，对本说明书的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本说明书的具体实施方式而已，并不用于限定本说明书的保护范围，凡在本说明书的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本说明书的保护范围之内。