用于管道煤粉流量测量的文丘里管型设计及优化

为准确测量电站管道煤粉流量,设计了一种基于文丘里(V en turi)法的煤粉流量计。首先采用气固两相流数值模拟的方法,研究不同管型参数对文丘里法测量管道煤粉流量的影响,发现管型参数是影响稀相气固两相流测量结果的关键因素,并由此提出了文丘里管型设计的优化原则。然后从提高测量精度和保证测量稳定性2方面出发,对文丘里流量计进行了设计优化,获得了3种文丘里管的管型参数,可为管道煤粉流量测量的试验研究提供参考。     

文丘里法管道煤粉流量测量的实验研究

通过实验确定了用文丘里(Venturi)法测量煤粉流量的可行性。根据实验数据,得出了3种不同管型参数、固气比Z和气体速度u与差压Δp1m、Δp2m的关系,从物理意义上分析了上述关系的合理性,并进一步分析了气固两相流流经文丘里管产生压力损失的机理。从测量精度、重复性和压力损失等方面对3种不同的文丘里管进行了比较研究,得到了设计文丘里流量计的基本方法。在实验的基础上,标定了3种文丘里流量计的系数。实验表明,管径比为0.71的文丘里管测量煤粉流量的最大误差不超过5%。     

文丘里法管道煤粉流量测量的实验研究

通过实验确定了文丘里法测量煤粉流量的可行性。首先根据实验数据,得出了3种不同管型参数、固气比Z和气体速度u与差压Δp1m、Δp2m的关系,从物理意义上分析了上述关系的合理性,并进一步分析了气固两相流流经文丘里管产生压力损失的机理。然后从测量精度、重复性和压力损失等方面对3种不同的文丘里管进行了比较研究,得到了设计文丘里流量计的基本方法。最后,在实验基础上,标定了3种文丘里流量计的系数。实验表明,管径比为0.71的文丘里管测量煤粉流量的最大误差不超过5%。     

基于静压差法的流量测量方法

节流式流量计在流量参数计量中占有重要地位,但是普遍存在节流损失大、量程比小、直管段要求高等缺陷。通过对静压差流量测量方法以及管道约束条件对流量测量影响的研究,提出了一种基于改进静压差法的流量测量方法。利用引进的管道约束条件,结合静压差法及流体流动参数,建立了基于支持向量机的流量测量模型。通过与传统节流式流量计(标准的孔板)的比较实验,表明了该方法没有节流损失,流量测量范围宽,流体流量的测量精度可以达到2%以内,适合于工业参数的实际测量。     

4种常用流量计性能的对比试验研究与分析

利用π定理推导出孔板、文丘里、电磁及涡轮流量计水力特性.将4种流量计串联组成测试装置进行试验研究,利用软件采集各流量计测试数据,与称重法测量数据进行对比.用Origin软件绘出流量曲线,分析在不同流量条件下各种流量计的准确度和误差率,以期为流量计的选型和应用提供有价值的参考依据.     

一种计量稠油中油气水三相流的方法和装置研究

油田现场稠油井黏度大、流动性差,传统的分离计量方法很难对其准确计量;另外,稠油油井的流量范围较宽,每天产油量可以从几桶到1 000多桶,可以从不含气到含气率高达80%,一般计量设备难以覆盖这样的井况条件。为了解决这些难题,研究了一种计量稠油中油气水三相流的方法,可以适应较宽的油井产量范围,该方法包含一个文丘里流量计、双能伽马传感器和配备差压传感器的小型分离器。当稠油多相流流量较高处于文丘里流量计的计量范围内时,采用文丘里流量计和双能伽马传感器来测量稠油中的油气水流量,同时考虑低雷诺数流动条件下对文丘里流出系数的实时动态计算,建立了适当的模型。当稠油多相流流量处于文丘里流量计的下限或呈间歇流时,利用小型分离器内累积的液相差压对液相进行称重式计量,结合伽马传感器测得的相分率,可得油气水流量。该方法利用伽马射线技术测量稠油的相分率,使得稠油的相分率计量更精确,不受稠油形态的影响;同时,结合准确的称重计量原理,真正实现了对稠油进行油气水三相的在线实时计量。实验结果表明,液相流量、含水率、气流量标准偏差分别为4.2%、1.5%、6.3%。     

用于汽车稀释排气流量测量的锥形流量计特性

为实现稀释排气流量的精确测量,进行了锥形流量计的结构设计.建立锥形流量计流量的理论计算模型,编制了计算软件.应用Fluent计算流体动力学软件对锥形流量计进行流量仿真,并研究了锥体前后锥角大小、有无连接支撑杆以及气体温度等因素对流量计流量计量特性的影响.最后进行与标准临界文丘里喷嘴组的对比验证试验.结果表明,理论计算模型、仿真计算、试验验证的一致性较好,该流量计具有较高精度和稳定性,适合应用于汽车稀释排气流量测量.     

虚拟仪器在气固两相流参数测量中的应用

研究虚拟仪器在气固两相流特性参数测量中的应用. 对比了虚拟仪器与传统仪器的优势,以火电厂管道煤粉质量流量在线监测系统为对象,在系统组成和程序设计方面对虚拟仪器系统的设计进行了介绍,给出了系统主界面、信号处理分析、数据操作处理和远程监控的设计与实现. 结果表明,利用虚拟仪器技术缩短了整个监测系统的研究开发周期,节省了成本,易改进和升级,具有较好的应用前景.     

单支管中气固两相流质量流量测量的新方法

提出了一种采用电容传感器与文丘里管相结合测量单支管中气固两相流质量流量的新方法·通过电容传感器对固相浓度的测量,可以求出气固两相流的固气比,结合文丘里管上的差压信号,可以计算出相应气体单独流经文丘里管时所产生的差压,由此可以求得气体的质量流量,进而得出固相的质量流量·实测结果显示,测量误差小于３３％·此方法不直接测量管道中气体的质量流量,而是通过测量浓度和差压信号来求得气固两相的流量值·此方法特别适用于不能直接测量气体流量的场合支管流量的测量·     

基于差分法的旋进漩涡流量计抗振动干扰的实验研究

论文研究了管道振动对旋进旋涡流量计有效信号采集的影响,提出了一种消除旋进旋涡流量计管道振动的传感器安装方法,通过在流量计主体同侧轴向并列安装双传感器采集信号,再将两路信号差分处理,消除管道振动对信号采集的影响.实验研究针对DN50口径旋进旋涡流量计,通过实验证实:采用新的传感器安装方法和差分处理法,可以消除管道振动给流量测量带来的影响,实验验证了本方法的有效性.     

高炉三维气固湍流和煤粉燃烧过程数值模拟

基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化方程,建立并发展了高炉风口回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型.用所建模型分别对冷态模型内气固两相流动和某企业750 m3高炉风口回旋区内的气固两相三维流动与煤粉燃烧进行了数值模拟.采用三维激光相位多普勒分析仪(PDA)对冷态模型内气固两相流场进行了测量,实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致.热态模拟结果给出了气相温度和组分浓度分布,模拟结果与实验测量结果较吻合,揭示了风口回旋区内气固两相流动和煤粉燃烧的基本性质和特点.     

利用壅塞原理均匀分配高炉各风口的喷煤量

应用纯气体的壅塞原理,对由空气和煤粉组成的气粉两相流的壅塞现象进行了理论和实验研究,提出了一种基于壅塞原理的可均匀分配高炉喷吹煤粉流量的新方法.结果表明,在现有高炉喷煤系统的各输送支管前安装一组具有相同几何尺寸的“喉形喷管”并满足适当压力条件时,两相流将在各喷管内发生壅塞流动.此时,其流速和流量将保持一致且不受后续管路条件不同的影响,从而可起到均化喷煤量的作用.实验测定了质量流量与出口压强的关系,定义了临界压强比可作为判定壅塞发生与否的依据,并找出了临界压强比与固气比之间的变化规律,给出了实用喷管的选择依据和使用条件.     

高压浓相粉煤气力输送

在高达700kg/m3的高压气力输送试验台上,用氮气进行煤粉高压浓相粉煤气力输送试验研究.分别在不同的总输送差压、煤粉含水率、风量和压力等条件下进行了输送试验,考察操作参数对煤粉质量流量、固气比和单位管道长度的压损等气力输送特征参数的影响.结果表明:随着总差压和流化风流量的增加,煤粉的质量流量增大;当流化风流量较小时,煤粉质量流量受流化风的影响较大,随着流化风流量增大,流化风对煤粉质量流量的影响变缓.固气比随着注入速度的增大先增大后减小,随着总差压的增加而增大;其他输送参数相同的条件下,输送压力越高,煤粉的质量流量和固气比就越大;随着含水率的增加,煤粉的质量流量逐渐减小;在输送相图中,相同煤粉湿度下,输送压损随表观速度的增加先减小后略有升高;相同表观速度下,煤粉含水率越低,压力损失越大.     

煤粉浓度与风量的热探头测量方法研究

开发了长弦为10 mm、短弦为5 mm的椭圆型热探头,用于煤粉浓度与风量的测量.将热探头放入煤粉-空气输送管中,热探头1的长弦平行于来流,热探头2的短弦平行于来流.研究发现:热探头1对煤粉浓度反应迟钝;热探头2对煤粉浓度反应比较敏感.分析了气固两相流中的弛豫效应,提出了热探头1和热探头2在气固两相流中的换热准则关系式.将热探头1和热探头2的换热准则关系式相耦合,可用于测量煤粉浓度和风量,测量结果的相对偏差分别在20%和10%以内.     

基于长喉径文丘里管的双差压湿气流量测量

为实现湿气气液两相流量的在线非分离测量,提出一种基于长喉径单文丘里管的双差压湿气流量测量方法．通过理论分析和实验研究,揭示了湿气液气质量比和气相流速与长喉径文丘里管收缩段差压、扩张段差压之间存在一定的内在变化规律及物理本质．为有效提高测量精度,针对传统虚高模型的缺陷,提出了虚高模型的优化原则．建立了基于单文丘里管的气液两相测量模型,并通过迭代运算实现了气液两相流量的分相测量,对于压力P为0．10—0．16MPa,气相弗劳德数0．4～0．7,液气质量比0～1范围内,气相流量测量的相对误差优于±3％,液相流量测量的满度误差小于±10％．     

煤层气排采产气通道适度携煤粉理论

考虑在煤储层中实际地层液混合流体中煤粉含量和煤粉颗粒群的悬浮分级,建立煤粉颗粒在产气通道内悬浮运移模型,给出煤粉悬浮排出的条件;打破以往以防煤粉为主的思想,基于液流携带建立煤层气排采产气通道内的适度携煤粉方法,基于液固两相流理论建立液流携带煤粉运移模型,并分析地层液参数和煤粉颗粒参数对适度携煤粉的影响。结果表明:煤粉颗粒粒径越小,地层液流速越大、黏度越大,煤粉在产气通道截面上分布越均匀,其悬浮排出能力越强,煤粉较易被地层液携带排出;煤层气井排采各个阶段(单相水流阶段、气水两相流阶段和单相气体流动阶段)地层液中气液固三相混合的比例不同导致地层液的黏度不同,造成排采过程中地层液携带煤粉的能力随着产气量的变化而变化。合理控制地层液的参数有利于煤粉适度排出,疏通产气通道增加其渗流能力,提高煤层气井产气量。     

小流量煤粉浓相气力输送特性

煤粉气力输送的稳定性严重制约着煤粉燃烧的效率及稳定性,研究了以干燥空气为载气的上出料发送罐小流量煤粉浓相气力输送系统的一般规律,即给煤率随特征参数如流化风量、补气器位置、发送罐压力、补充风量和L型提升管直径的变化。实验结果表明:流化风量增加,给煤率和固气比均先增大后减小;补气器位置的间距增加,给煤率先增大后减小;发送罐的压力增加,给煤率增大;补充风增加,给煤率减小,固气比减小;给煤率在一定范围内与L型提升管的面积成正比。在优化的流化风量和补气器位置的情况下,通过调整发送罐压力、补充风量可实现上出料发送罐小流量煤粉浓相气力输送的连续稳定运行,且给煤量连续可调。     

煤粉锅炉高温空气无油点火研究

在一维平面层流煤粉气流着火的数学模型的基础上,发展了一种更加逼近工程实际的一维平面紊流煤粉气流着火模型.在该数学模型的指导下,设计了高温空气煤粉点火试验台.通过大量的空气加热试验和煤粉气流着火试验,对模型进行了实验验证.结果显示,理论模型的计算结果与实验相符合,验证了高温空气煤粉点火技术的可行性.     

煤粉高压密相气力输送特性

在输送压力可达4.0MPa,固体输送流率达840kg/h的仓式泵高压气力输送试验装置上进行粉煤高压浓相气力输送试验研究.考察了流化风量、充压风量、输送总差压对煤粉输送量、固气比的影响.研究表明:随着流化风量的增大,煤粉输送量逐渐增大,固气体积比先增大然后减小;当煤粉在发料罐内被充分流化后,再加大充压风量,固气体积比逐渐减小,而煤粉输送量略有增加;输送总压差对煤粉输送量有显著影响,随着总压差的增加,煤粉输送量呈线性增加.研究结果对高压超浓相气力输送系统的设计、运行和控制具有指导作用.