一种基于流场制定的传感器布置方法与流程

本发明涉及一种基于流场制定的传感器布置方法，属于传感器监测。

背景技术：

1、在复烤机干燥段中，循环风机与热交换器共同作用下产生的热气流是使烟片干燥的主要因素。烟片在输送网带和热气流的作用下同时完成输送和干燥两种功能，烟片一方面随着输送网带向前输送，另一方面与高温气流进行对流传热，湿烟片中的水分受热汽化而进入高温空气，从而达到干燥的目的。水的蒸发主要取决于温度和湿度，温度越高空气吸收水蒸气的能力越高，循环风的温度受加热器内的蒸汽压力的影响。因此，在干燥过程中，干燥区内部流场中的温度、速度的分布状态与均匀性对烟片干燥都有很大的影响。目前的烟片复烤机经多年使用，一直存在热风流场不均匀的问题，复烤后烟片水分不均匀，左中右偏差大的问题。而现有技术无法实时观测到复烤机工作过程中流场，不均匀的问题，无法及时调控内部热风流场，从而造成烟片含水率不均匀，烘烤质量差等问题。

2、因此，提出了一种基于流场制定的传感器布置方法，建立数值计算模型，对进风干燥区温度场与速度场进行数值分析，给传感器分布提供理论依据，提高对复烤机干燥段的监测。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于流场制定的传感器布置方法，基于3d建模技术、计算流体动力学模拟、数值计算方法开展了复烤机干燥段内主要位置的风速和温湿度的准确测量。通过对下进风、上进风干燥区实验数据的采集处理以及对其数值模型计算结果的对比，为数值模拟计算采集实验参数，建立数值计算模型与实际干燥过程的对应关系，对进风干燥区温度场与速度场进行数值分析，为开发提供理论依据。

2、为了克服背景技术中存在的问题，为解决上述问题，本发明通过如下技术方案实现：

3、所述一种基于流场制定的传感器布置方法包括以下步骤：

4、步骤1，对复烤机干燥段进行外形尺寸测定，获取干燥段内流场区域的三维空间云数据；

5、步骤2，建立复烤机干燥段的三维模型，规划网格；

6、步骤3，使用k-ε湍流模型对复烤机干燥段流场进行模拟计算；

7、步骤4，根据步骤3的结果，制定传感器在复烤机内部的传感器布置方案；

8、步骤5，通过数据对比验证模型的准确性及监测和调控实际生产过程。

9、优选地，所述步骤2具体过程为，根据步骤1测量获取的干燥段数据进行三维建模，运用计算机辅助设计软件cfd建立复烤机干燥段的三维模型，将三维模型导入icem软件，根据复烤机基础参数设置几何模型，按边来设置网格参数，生成网格作为坐标系。

10、优选地，所述步骤3，采用流体动力学软件进行复烤机干燥段流场进行模拟计算，获得空间坐标点上的数值解，选择标准的k-ε湍流模型来进行数值模拟，分别求解湍动能k、耗散率ε、单位时间内气体流入流出的质量变化量、各坐标点温度和风速，计算出风速及温湿度对烟片质量影响最大的区间流场数据，并根据流场数据仿真出风速云图和温湿度云图，以复烤烟片复烤标准参数为参考，确定对烟片质量影响最大的区间，拟定传感器主要的布置坐标点。

11、优选地，步骤4所述制定传感器布置方案需遵循传感器布置规则：首先，传感器穿管布线，所有线管都要固定住，线管每隔1米至少有1个卡子固定；其次，传感器线管布置要避开复烤设备中的运动部件和尖角处；然后，结合复烤机的内仿真流场以及复烤设备结构的对称性原则，尽可能减少线管和传感器数量的布置；最后，尽量提高传感器测得的信号的信噪比，使内部流场监测点的动态变化特性更准确。

12、优选地，步骤4所述的传感器布置方案根据三维模型和步骤3计算分析结果，在依托打叶复烤设备的工况和生产要求，同时满足传感器布置规则，制定传感器具体的安装方法，所述制定传感器具体的安装方法为：复烤机下进风干燥段，风速传感器和温湿度传感器安装在循环风出口平面和输送网带下方平面对烟片复烤质量影响最大区域；对于复烤机上进风干燥段，风速传感器和温湿度传感器分别在x、y、z方向上分布为三层，分别安装在每层烟片对烟片复烤质量影响最大区域。

13、优选地，步骤5所述的数据对比验证过程为，通过计算流体动力学软件提取出传感器布置点的风速及温湿度数据，结合实际测量出的传感器数据，将仿真数据和实测数据进行对比，通过数据对比验证模型的准确性。

14、优选地，所述步骤5通过引入决定系数r2、均方根方差rmse、误差平方和sse来评价仿真数据和实测数据吻合度的优劣，其公式分别如下：

15、

16、

17、

18、式中：mrei为实测数据值；mrpi为仿真数据值；mre为实测数据值的算术平均值；n为试验观测数；

19、决定系数r2越趋近于1，说明模型的拟合度越优；均方根方差rmse越小表示验证模型的准确性越高；误差平方和sse越趋近于0，说明模型的拟合度越好，预测结果越准确。

20、本发明的有益效果为：

21、本发明通过建立复烤机三维模型，运用计算流体动力学软件对复烤机干燥段内的流场区域进行模拟计算，根据仿真出的风速云图和温湿度云图来确定主要的观测位置，将模拟获取的观测点作为风速传感器和温湿度传感器的布置位置；通过试验实测数据验证三维模型以及流场模拟的准确性，减小了测量工作量，提高了测量结果准确性，避免了过多的传感器布置而带来的操作复杂性和经济损失问题。

技术特征：

1.一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：所述的传感器布置方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：所述步骤2具体过程为，根据步骤1测量获取的干燥段数据进行三维建模，运用计算机辅助设计软件cfd建立复烤机干燥段的三维模型，将三维模型导入icem软件，根据复烤机基础参数设置几何模型，按边来设置网格参数，生成网格作为坐标系。

3.根据权利要求1所述的一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：所述步骤3，采用流体动力学软件进行复烤机干燥段流场进行模拟计算，获得空间坐标点上的数值解，选择标准的k-ε湍流模型来进行数值模拟，分别求解湍动能k、耗散率ε、单位时间内气体流入流出的质量变化量、各坐标点温度和风速，计算出风速及温湿度对烟片质量影响最大的区间流场数据，并根据流场数据仿真出风速云图和温湿度云图，以复烤烟片复烤标准参数为参考，确定对烟片质量影响最大的区间，拟定传感器主要的布置坐标点。

4.根据权利要求1所述的一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：步骤4所述制定传感器布置方案需遵循传感器布置规则：首先，传感器穿管布线，所有线管都要固定住，线管每隔1米至少有1个卡子固定；其次，传感器线管布置要避开复烤设备中的运动部件和尖角处；然后，结合复烤机的内仿真流场以及复烤设备结构的对称性原则，尽可能减少线管和传感器数量的布置；最后，尽量提高传感器测得的信号的信噪比，使内部流场监测点的动态变化特性更准确。

5.根据权利要求1和4所述的一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：步骤4所述的传感器布置方案根据三维模型和步骤3计算分析结果，在依托打叶复烤设备的工况和生产要求，同时满足传感器布置规则，制定传感器具体的安装方法，所述制定传感器具体的安装方法为：复烤机下进风干燥段，风速传感器和温湿度传感器安装在循环风出口平面和输送网带下方平面对烟片复烤质量影响最大区域；对于复烤机上进风干燥段，风速传感器和温湿度传感器分别在x、y、z方向上分布为三层，分别安装在每层烟片对烟片复烤质量影响最大区域。

6.根据权利要求1所述的一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：步骤5所述的数据对比验证过程为，通过计算流体动力学软件提取出传感器布置点的风速及温湿度数据，结合实际测量出的传感器数据，将仿真数据和实测数据进行对比，通过数据对比验证模型的准确性。

7.根据权利要求6所述的一种基于流场制定的传感器布置方法，其特征在于：所述步骤5通过引入决定系数r2、均方根方差rmse、误差平方和sse来评价仿真数据和实测数据吻合度的优劣，其公式分别如下：

技术总结
本发明涉及一种基于流场制定的传感器布置方法，属于传感器监测技术领域；一种基于流场制定的传感器布置方法通过实际测绘某复烤厂复烤设备，通过计算机辅助设计软件建立复烤机三维模型，运用计算流体动力学软件对复烤机干燥段内的流场区域进行模拟计算，根据仿真出的风速云图和温湿度云图来确定主要的观测位置，获取风速传感器和温湿度传感器的布置位置，通过实测数据验证流场模拟的准确性，为传感器测量复烤机内部流场的布置方案提供一个新的思路，减小了测量工作量，提高了测量结果准确性，避免了过多的传感器布置而带来的操作复杂性和经济损失问题。

技术研发人员：马晓伟,戴永生,李伯恒,鲍治华,常玮,周德荣,张恒,周文
受保护的技术使用者：红塔烟草（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13