基于阵列式静电传感器的密相气力输送煤粉颗粒运动特性分析

首先运用有限元法系统分析了阵列式静电传感器灵敏度的分布特性.然后在密相气力输送实验装置上,利用阵列式静电传感器和电容层析成像(ECT)技术获得了不同表观气速(5.7,6.9,8.1 m/s)下的静电输出信号和管道截面的煤粉分布图像.结合ECT成像结果,利用FFT变换和近似熵方法分别得到阵列传感器输出静电信号的频谱特性和近似熵值.结果表明:随表观气速增大,输送管道内颗粒速度增大,并且稀相区颗粒径向速度波动明显;浓相区的近似熵值一直大于稀相区的近似熵值,并且随两者之差的减小,ECT成像图表明此过程煤粉分布更均匀,输送悬浮性越好.     

基于ESMD的浓相气力输送颗粒静电信号分析及速度测量

针对浓相气力输送中颗粒相的复杂流动特性,采用极点对称模态分解方法分析静电环状和弧状阵列信号.研究了多种工况下输送系统启停过程和过渡过程中不同分解模态静电信号的能量和频率分布信息特性,提出了一种新的浓相气力输送颗粒速度测量方法,并进行实验验证.研究结果表明,环状电极静电信号的能量分布信息能够用来判断输送系统在启停过程中颗粒流动的稳定性;弧状电极静电信号的能量信息可用来判断管道内颗粒相的分布情况.文中提出的静电信号瞬时频率颗粒速度测量方法相比于空间滤波测速法,其特征系数的相对标准差至少降低58%,表明该速度测量方法可以稳定并准确测量浓相气力输送颗粒速度.     

高压下不同载气多原料超浓相气力输送机理及流动特性研究

为了获得高压浓相气力输送过程中不同粉体的输送机理及流动特性,对发料罐内的流动特性、不同粉体的输送特性及含水率对流动稳定性的影响规律进行实验研究并进行数值模拟。引用先进的阵列式静电传感器对粉体流动过程的特征参数进行监测。结果如下:采用光纤颗粒浓度探针获得了常压上出料式发送罐内提升管入口附近区域颗粒浓度分布,揭示了提升管入口附近区域气固流动结构的变化规律。在高压超浓相条件下进行了不同含碳原料的气力输送实验研究,获得了褐煤、无烟煤以及石油焦的输送规律,发现了石油焦输送过程中的结壳问题并提出了解决方法;通过褐煤中不同赋存形态的水分进行分类研究,获得了不同褐煤气力输送临界水分含量。对工业规模级竖直上升管压降进行了研究,并对粉煤密相气力输送管路流型及其压力信号特征分析,揭示了粉煤流动稳定性以及流型变化特性。对基于颗粒动理学理论的双流体模型进行了修正,建立了描述常压上出料式发送罐内气固流动的数学模型,获得了提升管入口附近区域颗粒浓度和速度分布规律。基于双流体Euler-Euler方法,将k-ε-kp-εp湍流模型与颗粒动理学理论相结合,对高压超浓相粉体气力输送的气固两相流的全面力学分析,通过对气固两相流的动力学参数的瞬态分布特征的理论分析,对原有数理模型进一步的改进和完善后,利用此模型对高压超浓相输送系统中水平管、弯管和垂直管建立了完善的一体化管道并进行模拟计算。开发了基于阵列式静电传感器的多路相关速度测量系统,实现了颗粒局部平均速度的测量,并将其应用于高压浓相煤粉气力输送的过程监测中,为提高气力输送效率和输送稳定性提供参考依据。     

气固流化床中静电信号的多尺度分形特征与流型

通过小波分析和R/S分形分析方法,对气固流化床内静电势波动信号进行多尺度分解,研究了信号的分形特征,建立了静电波动信号的尺度划分标准.实验结果表明,在鼓泡流化状态下,静电信号中介尺度的能量分率最高,且介尺度能量分率沿径向由内而外逐渐减小,与床内空隙率的径向变化规律一致.证实介尺度信号与气泡运动有直接的对应关系,各尺度能量分率的变化能够灵敏地指示出流化床内的流型转变,据此可对颗粒的起始流化速度以及起始湍动速度作出较准确的判断.     

用于气固两相流测量的方形静电传感器阵列建模及实验验证

为研究由分布式条形电极组成的方形静电传感器阵列检测机理,基于静电学基本理论及镜像电荷法建立方形静电传感器阵列的解析式感应机理数学模型;基于该模型,采用点电荷模拟带电颗粒,研究在管道内不同区域处的移动带电颗粒激励下,静电传感器阵列中不同电极的感应电荷及感应电流输出特性。为验证数学模型,设计并搭建方形管道重力输送颗粒实验装置。方形静电传感器阵列包含2层分布式条形电极组,每层条形电极组中12个(3×4)条形电极均匀分布在方形管段截面的四面管壁上。控制颗粒在管道横截面不同位置下落,研究静电传感器阵列输出特性。研究结果表明:方形静电传感器阵列各电极的感应输出结果与仿真结果趋势一致,证明了数学模型的有效性。     

采用互相关与自适应滤波算法测量流速的比较研究

针对气固两相流固相颗粒流速的测量问题,讨论了可用于流速测量的互相关法和自适应滤波时延估计法.对于安装在气力输送管道上的双电极静电传感器输出信号,利用相关函数进行上下游电极输出信号相似性的比较,相似性最大即相关函数取极大值时的时间延迟,结合传感器电极间距离,计算出固相颗粒流过传感器的平均速度,也可以采用自适应滤波计算输出信号在上下游静电传感器间的时间延迟,测得管道中固体颗粒的流速.实验结果表明,所测得的电极信号与噪声的统计特性受到了环境的影响,互相关算法测量速度的准确性大大降低,而自适应滤波算法由于能根据信号和噪声的相互关系不断地调整自身参数,满足最小均方算法准则的要求,可以精确地跟踪固相颗粒速度.     

气固流化床压差脉动信号的非线性分析与流型识别

采用EMD-RA方法对生物质与石英砂颗粒混合流动的压差脉动信号进行分析.首先对稻壳与石英砂颗粒在流化床内混合流动的压差脉动信号进行数据采集,采用EMD方法提取原始信号中本身固有的内禀模态函数IMF,再分别对代表气泡、颗粒行为的中频区和高频区的IMF分量进行递归分析.结果表明:当气速u0.50 m/s时,床内由固定阶段向鼓泡阶段转变,系统受颗粒行为影响且随机性较强,各递归特征量变化规律不明显;当气速u0.86 m/s时,床内由鼓泡阶段向流化阶段转变,系统受气泡运动影响且呈现较强的周期性,各递归特征量发生明显变化,递归特性增强.研究进一步证实了流化床内双组分颗粒流动的非线性特性,所提出的EMDRA方法可作为流化床流型识别的新方法.     

方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究

对FCC颗粒在截面尺寸为368 mm的方形流化床中研究了局部颗粒速度分布的基本行为。实验利用光纤探针测试了三个不同轴向高度的颗粒速度分布和静止床层高度对颗粒速度分布的影响。结果表明:截面局部颗粒速度随表观气速U g的增大同步增加,颗粒速度沿截面分布不均匀。在截面中心区,局部颗粒速度随U g增加而增加,上行颗粒速度增加更为显著。在边壁区,低气速时上、下行局部颗粒速度随U g增加而增加且增幅相近;高气速下局部颗粒速度表现出显著的波动过程。静床高度增加,对上行颗粒速度影响明显,但随着气速增加影响减弱。     

分支管气固两相流动阻力性能的研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径分别为0.25 mm和0.5 mm的砂石进行气力输送试验,对气固两相流动的阻力性能进行研究.试验结果表明,在发送压力保持不变的情况下,当输送气速逐渐下降时,分支管的单位长度压差在开始时减小,但当输送气速下降到一定程度后,单位长度压差下降趋势减缓,有时甚至转而增大;当分支管路流量控制阀开度差值由小变大时,两分支管路中颗粒产生沉积时的临界速度发生相反方向的变化,且平均粒径较小的颗粒临界速度相对较大.     

基于声发射旋风分离器内颗粒粒度分析

采用声发射技术对旋风分离器内颗粒粒度进行分析,获得了声发射信号结构与分离器内气固两相运动行为的对应关系。选用0.4 mm、0.7 mm、1.5 mm和2 mm的活性炭颗粒进行实验,将采样得到声发射信号进行Daubechies二阶小波的1~9尺度分解,用R/S算法分别求取各个频段的Hurst指数。结果表明,声发射信号具有多尺度特征,依据hurst指数的不同,将其划分为微尺度、介尺度、宏尺度,分别反映颗粒间的无规则运动、主体流相对于系统运动或不同主体流之间的相互运动,整个系统相对于外界环境随时间的变化。在同一质量流量下,计算出各颗粒粒径对应的微尺度,介尺度分别所占总能量的比值。实验发现,固相颗粒粒径与其有很大的相关性;随着粒子尺寸的增大,微尺度信号所占的能量比率减少,介尺度能量所占的比率增加。声发射技术可用于旋风分离器内颗粒粒度的分析。     

基于EEMD与分形盒维数的气固两相流流型识别

针对气固两相流气力输送管道中测控装置后常见的几种过渡流型,如层流、环流与核心流,文中通过静电传感器获取静电波动信号,利用总体经验模式分解和分形盒维数相结合的方法进行流型识别。首先使用总体经验模式分解对不同流型的静电信号进行自适应分解从而获得位于不同频段的本征模式函数,然后利用分形技术对所分解的IMF求取盒维数,并将其作为特征量。最后通过提取的特征量对BP神经网络进行训练和测试从而识别流型。实验结果表明,该方法能够有效识别气固两相流流型,识别率达94%。     

Simulation and Optimized Design of Grid ConcentrationTransducer for Two-Phase Flow

研究一种用于圆形封闭管道内气固两相流实时截面相浓度测量传感器。该传感器采用新型栅极式电容电极设计,有效地均化了空间敏感电场分布,减小了因截面流型变化而导致的测量值波动,提高了测量精度;同时,栅极轴向检测特性的优化,提高了传感器对圆管截面相浓度信号的实时跟踪及瞬态检测能力。     

栅极式相浓度传感器的设计与仿真优化

研究一种用于圆形封闭管道内气固两相流实时截面相浓度测量传感器,该传感器采用新型栅极式电容电极设计,有效地均化了空间敏感电场分布,减小了因截面流型变化而导致的测量值波动,提高了测量精度;同时,栅极轴向检测特性的优化,提高了传感器对圆管截面相浓度信号的实时跟踪及瞬态检测能力。     

气固喷动床压力波动的Hurst分析

采用Hurst分析描述了不同喷动气速下气固喷动床中的压力波动行为 .发现压力波动信号中存在着不同程度的周期成分 .根据计算所得的Hurst系数H值随喷动气速增大而变化的曲线 ,可将颗粒床层的流动状态划分为 3个流域 :低气速时的不稳定流化、稳定喷动和高喷动气速下的不稳定喷动 .     

催化剂颗粒在弯道与渐扩管组合管系内的运动分布特征

采用数值模拟方法对弯道与渐扩管相连的管道内气固两相流运动分布特性进行研究.主要分析弯道和渐扩段气相流场分布特征及气相回流卷吸作用下颗粒运动分布特性,研究沿出口水平管段二次流结构发展变化及其对颗粒分布及沉降的影响.针对不同入口速度下,水平管内气流速度、截面平均二次流速度和颗粒质量浓度分布规律进行研究分析.研究结果表明:沿弯道后的水平管道,二次流速度很快下降;二次流对颗粒的卷吸搬运作用,降低颗粒在管道截面的局部聚集浓度;当入口气流速度为4 m/s或更小时,水平管内上升二次流速度较小,颗粒沉降现象明显;当速度增大到6 m/s,水平管截面颗粒质量浓度分布较均匀.     

水平管段高压超浓相煤粉输送特性的数值模拟

在充分考虑气固两相相互作用的基础上,利用修正后的κ-ε湍流模型对以CO2为输送介质的高压超浓相煤粉气力输送进行了数值模拟.对于固相体积分数高达25％的高压超浓相煤粉气力输送,采用该模型模拟一体化管道(垂直管、弯管、水平管连接在一起),获得了水平管段中不同粒径的颗粒在截面上的速度分布、浓度分布,以及不同表观气速下水平管段中固相的径向浓度分布.模拟结果表明,在相同的输送条件下,大粒径煤粉的速度较低,更容易在水平管道沉积;煤粉粒径相同时,表观气速较大的颗粒在沉积区的浓度分布较小.将模拟结果与相同试验条件下的水平管电容层析成像(ECT)结果进行了对比,验证了本文模拟结果的正确性.     

基于网状静电传感器鼓泡流化床运行参数监测

为了深入研究流化床中颗粒的流动特性和优化流化床反应器的性能,需要对流化床的运行参数如流速和电荷分布进行实时地监测。由于灵敏度高且分布均匀,网状静电传感器被用来在实验室规模鼓泡流化床上测量固体颗粒的速度廓形和电荷分布。固体颗粒的速度廓形是通过对上下游平面对应位置的静电信号进行互相关计算得到的。网状电极上的感应电荷可以通过静电信号的均方根(RMS)估算。根据电荷重建算法,利用所有电极上的感应电荷重建截面处固体颗粒的电荷分布。研究结果表明:网状静电传感器可以捕捉到鼓泡流化床床壁附近的下落颗粒;由于流化床内颗粒速度廓形的影响,传感器中心处电极上的感应电荷量大于床壁附近电极上的感应电荷量,并且重建结果显示流化床截面电荷分布相对均匀。     

油气混输管道水合物防治动态控制技术研究

水合物防治动态控制技术在保证管道安全运行的同时可利用水合物储气密度高的特点来增大管道输送量。但是,管道内水合物生成位置难以预测性,及水合物颗粒运动规律的复杂性制约了该技术的发展。为解决该问题,利用气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成技术,促使水合物在管道泵站出站处生成;并建立了描述水合物颗粒运动规律的流动体系水合物颗粒宏观运动模型。研究表明,气液两相螺旋管流特有流型螺旋弥散流会促使水合物在管线特定位置生成;而水合物颗粒运动距离小于管道相邻泵站间距。最后,给出管道内水合物生成量须控制在一定范围,并在水合物颗粒运动终点采取干预措施的建议。     

多相流流型识别技术与系统开发

基于油气水多相流混合物在管道内流动时的多传感器信号－－压力和压差信号，建立特定流型的识别规则，采用学习矢量量化模式分类器作为未知流型的分类器，根据数据融合的技术思路获得了油气水多相流的流型在线识别技术。通过系统集成的手段，利用微处理装置研制出了流型识别系统。该识别技术具有置信度高、容错性好、性能稳定、降低了对单个传感器的性能要求等优点。该识别系统结构简单、无运动部件、不改变管道的截面结构，可以处理非快速变化的瞬态流动，测量误差小于10％，并具有连续工作、定时打印、信号输出等功能。     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.