汽包是自然循环锅炉的重要组成部分,在火电机组长期运行过程中,复杂的工况以及汽包内部汽水工质和壁面间换热强弱的差异引起汽包内外壁温差不断变化,从而使得汽包承受交变的热应力而产生低周疲劳损耗,导致金属材料产生蠕变而性能下降。因此,对汽包壁内外温差的监测及控制是保证安全运行的重要手段。由于汽包内部是高温高压的工作环境,对机组实际运行而言,在内壁安装热电偶来对温度进行监测的方式可操作性弱,利用传热学反问题的方法,通过汽包外壁有限测点的温度测量信息来对汽包壁的温度场进行重构,具有较强的实用价值。针对国内外关于汽包壁温度场计算已有的研究成果及存在的主要问题,本文采用动态矩阵控制(DMC)算法研究了变水位情况下,汽包内部换热系数的反演及温度场重构问题,主要研究工作包括:(1)基于合理的假设及简化,建立了汽包传热过程的物理模型以及数学模型,将汽包模型进行空间网格划分并利用热平衡法对导热微分方程进行离散,通过Gauss-Seidel迭代对离散后的代数方程组进行求解。通过数值模拟,得到冷态启动初期汽包金属温度场分布,并对冷态启动初期汽包顶部、中部和底部三处的温度场及内外温差进行分析。(2)介绍了DMC算法的基本思想,以汽包内部汽水工质与壁面之间的换热系数作为待反演参数,通过汽包传热数学模型,建立了基于DMC的换热系数反演模型。该方法首先通过待反演参数的阶跃变化,求得测点处的动态阶跃响应系数矩阵,建立测点处的温度预测模型;其次,利用k,k(10)1,,k(10)r-1时刻的温度测量信息及温度预测信息,对k时刻的换热系数进行反演。其中,DMC反演算法只取反演结果中当前时刻k下的换热系数kh,到下一时刻k(10)1,按同样的优化方法求得hk1(10),实现“滚动优化”。(3)对汽包内部换热系数的反演进行了仿真试验,并在此基础上重构了汽包壁的温度场。验证了基于DMC反演算法的有效性,讨论了测点布置方案、测量误差以及未来时间步r对换热系数反演精度及温度场重构的影响。数值试验结果表明:在汽包外壁水位上下两侧分别布置单个测点,即可获得满足工程要求的反演精度及汽包壁温度场重构效果,大大简化了工程实际中测点的布置工作;在一定的测量误差范围内,本文建立的反演模型能够获得较为满意的换热系数反演精度及温度场重构结果;此外,随着未来时间步的增大,反演精度逐渐增加,但增加的幅度逐渐降低,当选取较小的未来时间步时,对汽包内部换热系数的反演及温度场重构效果也颇为理想,表明所建立的反演模型降低了对于未来时间步的依赖。