氣固兩相流動參數(shù)靜電與電容融合測量方法研究.pdf

1、氣固兩相流系統(tǒng)廣泛存在于能源、化工、冶金、制藥和食品等領(lǐng)域，實現(xiàn)其顆粒速度、濃度和質(zhì)量流量等流動參數(shù)的在線準確測量，對流動過程機理研究、過程節(jié)能、系統(tǒng)安全運行及優(yōu)化控制均具有重要意義。基于電學(xué)原理的氣固兩相流動參數(shù)測量方法由于其非侵入、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可靠性高以及無輻射等優(yōu)點引起了越來越多的關(guān)注。本文主要研究了基于電學(xué)原理的氣固兩相流動參數(shù)測量方法，旨在建立融合靜電與電容傳感器的顆粒速度、濃度和質(zhì)量流量測量技術(shù)，為開發(fā)可靠的顆粒流動

2、參數(shù)測量儀表系統(tǒng)提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　在陣列式靜電傳感器的基礎(chǔ)上，首次提出了矩陣式靜電傳感器，深入研究了其靈敏度和空間濾波特性，矩陣式靜電傳感器的每組線性電極陣列擁有不同的敏感區(qū)域，能夠獲得其敏感區(qū)域內(nèi)顆粒流動平均速度信息，且傳感器輸出信號的中心頻率與顆粒速度成正比。在此基礎(chǔ)上，首次提出了一種氣固兩相流顆粒局部平均速度的矩陣式靜電傳感器空間濾波測量方法，并建立了矩陣式靜電傳感器顆粒局部平均速度測量系統(tǒng)，在重力輸送顆粒流裝置上對

3、多種物料進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明:速度測量結(jié)果的相對標準偏差小于11％。
　　將一種復(fù)合式互相關(guān)靜電傳感器用于研究無煙煤和石油焦顆粒在濃相氣力輸送狀態(tài)下的速度特性，環(huán)狀和弧狀靜電傳感器分別用于測量顆粒截面平均和局部速度。結(jié)果表明:顆粒流動特性與顆粒自身屬性及輸送系統(tǒng)運行參數(shù)密切相關(guān)。加大補充風(fēng)或者提高系統(tǒng)輸送差壓都可以增加顆粒速度并減小質(zhì)量流量，從而降低顆粒體積濃度，另外提高系統(tǒng)的整體輸送壓力利于顆粒形成懸浮流動。實驗中，無煙

4、煤主要的流動形態(tài)是分層流，石油焦顆粒由于密度比無煙煤顆粒小而更易于懸浮在氣體中。對于分層流流動，位于管道上部的弧狀電極測得的局部速度要大于底部電極測得的速度，且環(huán)狀電極測得的顆粒平均速度介于弧狀電極測得的局部平均速度的最大值和最小值之間;而對于懸浮流，環(huán)狀電極測得的顆粒平均速度要大于弧狀電極測得的局部平均速度。
　　首次提出了基于陣列式靜電傳感器的自相關(guān)顆粒速度測量方法，理論研究表明自相關(guān)譜線中渡越時間與顆粒速度成線性關(guān)系，并得到

5、了實驗驗證。重力輸送和濃相氣力輸送實驗結(jié)果表明:在采樣頻率選取合理的前提下，對陣列式靜電傳感器輸出的靜電信號進行自相關(guān)分析和功率譜分析均可以準確測量顆粒速度，但自相關(guān)分析信號處理過程簡單可靠，對在線顆粒速度測量具有較強的適用性。然而基于靜電傳感器的空間濾波法對顆粒流的流型有很大的依賴性，能夠用于較為穩(wěn)定的懸浮流顆粒速度測量，對分層流測量未達到預(yù)期效果。
　　以螺旋電極電容傳感器為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地研究了顆粒靜電對交流法電容檢測及電容傳感

6、器顆粒濃度測量的影響，首次提出了可消除靜電干擾的交流法電容檢測方法。理論和實驗結(jié)果表明:電容信號和靜電信號處于不同的頻帶范圍，通過合理設(shè)計電容電壓轉(zhuǎn)換電路參數(shù)，并在其后設(shè)置帶通濾波器可以有效濾除靜電感應(yīng)信號，從而可消除顆粒靜電對電容測量的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了一種改進的交流法電容檢測電路，能有效消除靜電干擾，進而可準確地檢測由介質(zhì)濃度變化引起的傳感器電容變化。針對10mm和50mm兩種管徑對螺旋電極電容傳感器進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究，結(jié)

7、果表明:在螺旋電極的導(dǎo)程確定的情況下，隨著電極軸向?qū)挾鹊脑龃?，管道中間位置的靈敏度由大于邊緣位置靈敏度逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮谶吘壩恢渺`敏度，所以存在一個最優(yōu)的電極軸向?qū)挾仁沟脗鞲衅骶哂芯鶆虻撵`敏場分布。因此，對不同電極軸向?qū)挾冗M行靈敏度比較，可獲得最佳的傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)，標定后的螺旋電極電容傳感器可用于顆粒濃度的準確測量。
　　在靜電和電容測量技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，提出了融合靜電與電容傳感器的顆粒速度、濃度和質(zhì)量流量測量方法，開發(fā)了在線測量儀表