專(zhuān)利名稱(chēng)：多電極靜電法氣固兩相流速度分布檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣固兩相流檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣固兩相流顆粒速度分布的檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
氣固兩相流研究涉及廣泛的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)對(duì)其關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)過(guò)程的優(yōu)化控制，對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低能耗、節(jié)約能源具有十分積極的意義。目前，對(duì)于顆粒速度測(cè)量，主要有基于電容、靜電感應(yīng)、Y射線等監(jiān)測(cè)原理的相關(guān)測(cè)速方法 [1-6]，基于超聲、光學(xué)、微波等原理的多普勒測(cè)速方法及空間濾波方法等等[7-9]?；跉夤虄上嗔黛o電感應(yīng)現(xiàn)象的靜電測(cè)量技術(shù)因其具有較好的重復(fù)性、高敏感性和低成本而被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的研究[10]。但目前使用的傳感器多為單一電極，只能得到氣固兩相流中的平均流量參數(shù)，例如使用基于相關(guān)方法的環(huán)形電極測(cè)量氣固兩相流的顆粒速度，只是綜合反應(yīng)了管道內(nèi)顆粒流動(dòng)的信息，而由于靜電傳感器的空間靈敏度分布不均勻，即使顆粒的物理、化學(xué)性質(zhì)相同，流動(dòng)條件相似，甚至是濃度相同，但由于在敏感空間內(nèi)分布不相同，傳感器的輸出也不相同。東南大學(xué)公開(kāi)的一種顆粒速度分布的弧狀靜電傳感器陣列測(cè)量方法及裝置，其使用弧狀電極陣列，共有P行電極組，每行電極組(沿軸向分布)中的奇數(shù)電極組和偶數(shù)電極組產(chǎn)生的兩組靜電信號(hào)經(jīng)過(guò)差分放大，通過(guò)頻譜分析得到該行電極組靈敏空間內(nèi)氣固兩相流顆粒平均速度，通過(guò)圓周上各行電極組求得的顆粒平均速度可實(shí)現(xiàn)速度分布測(cè)量，所得的速度分布圖中的每個(gè)區(qū)域是以360° /IP為圓周角的扇形[11]。該發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的每行電極組在其敏感空間內(nèi)可獲得氣固兩相流顆粒平均速度，通過(guò)周向上所有電極組結(jié)合可實(shí)現(xiàn)速度分布測(cè)量。速度分布圖中的每個(gè)區(qū)域是扇形，其較難反映管道內(nèi)每個(gè)區(qū)域的中心部分和邊緣部分顆粒速度分布。參考文獻(xiàn)[I]Y. Yan, Mass flow measurement of bulk solids in pneumatic pipelines, Measurement Science and Technology,1996,12(7) :1687 1706[2]M. P. Mathur, G.E. Klinzing, Flow measurement in pneumatic transport of pulverized coal, Powder Technology,1984,40 :309 321[3]C. G. Xie, A. L. Scott, S. M. Huang etal, Mass flow measurement of solids using electrodynamic and capacitance transducers, Journal ofPhysics E (Scientific Instruments),1989, 22 :712 719[4] S. R. ffoodhead, J. E. Amadi-Echendu. Solid phase velocity measurements utilizing electrostatic sensors and cross correlation signal processing. Proceedings of Instrumentation and Measurement Technology Conference. Waltham, Massachusetts, USA,24_26April,1995.[5] Y. Yan, B. Byrne, S. R. ffoodhead etal, Velocity measurement of pneumaticallyconveyed solids using electrodynamic sensors, Measurement Scienceand Technology,1995,6(5) :515 537[6]J. Ma, Y. Yan, Design and evaluation of electrostatic sensors for the measurement of velocity of pneumatically conveyed solids, Flow Measurement and Instrumentation,2000，11(3) 195 204[7]許傳龍，湯光華，王式民等，基于靜電傳感器空間濾波效應(yīng)的顆粒速度測(cè)量，化工學(xué)報(bào)，2007，58 (I) 67 74[8]C. L. Xu, G. H Tang,B.Zhou etal, The spatial filtering method for solid particle velocity measurement based on an electrostatic sensor, Measurement Science and Technology,2009,20(4) :1 8[9]C. L. Xu, B. Zhou, D. Yang etal, Velocity measurement of pneumaticallyconveyed solid particles using an electrostatic sensor, Measurement Science and Technology,2008,19(2) :1 9[10]J. B. Gajewski. Monitoring electrostatic flow noise for mass flow and mean velocity measurement in pneumatic transport. Journal ofElectrostatics, 1996,37(4) :261-276[11]東南大學(xué)，顆粒速度分布的弧狀靜電傳感器陣列測(cè)量方法及裝置，中國(guó)專(zhuān)利， CN101839889A,2010-9-2
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種能夠更為精確地反映管道內(nèi)不同區(qū)域的顆粒速度分布的氣固兩相流顆粒速度分布檢測(cè)方法。本發(fā)明根據(jù)不同對(duì)電極測(cè)量的相關(guān)速度對(duì)不同區(qū)域顆粒的速度體現(xiàn)的權(quán)重不同，實(shí)現(xiàn)了兼顧反映管道內(nèi)中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的顆粒速度分布測(cè)量。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。一種多電極靜電法氣固兩相流速度分布檢測(cè)裝置，用于測(cè)量管道內(nèi)氣固兩相流的顆粒速度分布，包括傳感部分，靜電信號(hào)調(diào)理部分、數(shù)據(jù)采集部分和計(jì)算部分，所述的傳感部分包括分布在管道2XC個(gè)截面上的電極，用于檢測(cè)顆粒靜電信號(hào)，設(shè)每個(gè)截面上的電極數(shù)為N，N個(gè)電極均勻分布在沿管道內(nèi)壁圓周上，構(gòu)成電極圓周，從最上游截面上的電極圓周開(kāi)始，將兩兩相鄰的電極圓周分為一組，共分為C組，同組兩個(gè)電極圓周上的電極排列位置一致，不同組電極圓周上電極分別以管道軸心為軸，依次旋轉(zhuǎn)固定角度(360° /N)/C;計(jì)算部分通過(guò)相關(guān)速度計(jì)算和速度分布計(jì)算獲得氣固兩相流的顆粒速度分布。一種采用所述的裝置實(shí)現(xiàn)的多電極靜電法氣固兩相流速度分布檢測(cè)方法，包括下列步驟(I)采集每個(gè)電極感應(yīng)的顆粒靜電信號(hào)，經(jīng)靜電信號(hào)調(diào)理獲得的靜電檢測(cè)信號(hào)；(2)對(duì)于每組電極圓周，將位于上游截面電極圓周上的各電極獲得的靜電檢測(cè)信號(hào)，分別和位于下游截面電極圓周上的各電極獲得的靜電檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)速度計(jì)算，得到該組電極圓周的NXN個(gè)相關(guān)速度,表示為『](￡)Λ 2χ1 =[V(c)1/1，V(c)2/1，L V(c)N-y\·> V(c)N!\ ·> V(c)l/2 ^ V(c)/"K，V(c)l/iV，V(c)2/"山(3)將管道內(nèi)部劃分為M個(gè)區(qū)域；(4)利用有限元方法計(jì)算每個(gè)截面上每個(gè)電極對(duì)每個(gè)區(qū)域處的靈敏度，得到空間靈敏度矩陣Smxn，第c組截面的空間靈敏度矩陣Swmxn(I ^ c ^ C)表示為
權(quán)利要求
1.一種多電極靜電法氣固兩相流速度分布檢測(cè)裝置，用于測(cè)量管道內(nèi)氣固兩相流的顆粒速度分布，包括傳感部分，靜電信號(hào)調(diào)理部分、數(shù)據(jù)采集部分和計(jì)算部分，其特征在于， 所述的傳感部分包括分布在管道2XC個(gè)截面上的電極，用于檢測(cè)顆粒靜電信號(hào)，設(shè)每個(gè)截面上的電極數(shù)為N，N個(gè)電極均勻分布在沿管道內(nèi)壁圓周上，構(gòu)成電極圓周，從最上游截面上的電極圓周開(kāi)始，將兩兩相鄰的電極圓周分為一組，共分為C組，同組兩個(gè)電極圓周上的電極排列位置一致，不同組電極圓周上電極分別以管道軸心為軸，依次旋轉(zhuǎn)固定角度 (360° /N)/C ;計(jì)算部分通過(guò)相關(guān)速度計(jì)算和速度分布計(jì)算獲得氣固兩相流的顆粒速度分布。
2.一種采用權(quán)利要求I所述的裝置實(shí)現(xiàn)的多電極靜電法氣固兩相流速度分布檢測(cè)方法，包括下列步驟(1)采集每個(gè)電極感應(yīng)的顆粒靜電信號(hào)，經(jīng)靜電信號(hào)調(diào)理獲得的靜電檢測(cè)信號(hào)；(2)對(duì)于每組電極圓周，將位于上游截面電極圓周上的各電極獲得的靜電檢測(cè)信號(hào)，分別和位于下游截面電極圓周上的各電極獲得的靜電檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)速度計(jì)算，得到該組電極圓周的NX N個(gè)相關(guān)速度，表示為，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣固兩相流速度分布檢測(cè)方法，其特征在于，第(4)步中，設(shè) sWk,n為第c組電極圓周中，第n(l ^ n ^ N)個(gè)電極對(duì)區(qū)域k處的靈敏度，其中區(qū)域k包含若干像素點(diǎn)，sWk,n為區(qū)域k中所有像素點(diǎn)的靈敏度的平均值，每個(gè)像素點(diǎn)的靈敏度即為管道截面的橫坐標(biāo)X和縱坐標(biāo)I及管道的軸向坐標(biāo)z處的靈敏度，用s(x，y, z)表示，按照下列公式計(jì)算該值^~-，其中Q表示電極上的感應(yīng)電荷量；s(x, y, z)為單個(gè)像素點(diǎn)的靈敏度；q代表顆粒電荷量。
全文摘要
本發(fā)明屬于氣固兩相流檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多電極靜電法氣固兩相流速度分布檢測(cè)裝置，用于測(cè)量管道內(nèi)氣固兩相流的顆粒速度分布，其傳感部分包括分布在管道2×C個(gè)截面上的電極，用于檢測(cè)顆粒靜電信號(hào)，設(shè)每個(gè)截面上的電極數(shù)為N，N個(gè)電極均勻分布在沿管道內(nèi)壁圓周上，構(gòu)成電極圓周，從最上游截面上的電極圓周開(kāi)始，將兩兩相鄰的電極圓周分為一組，共分為C組，同組兩個(gè)電極圓周上的電極排列位置一致，不同組電極圓周上電極分別以管道軸心為軸，依次旋轉(zhuǎn)固定角度。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述裝置實(shí)現(xiàn)的氣固兩相流速度分布檢測(cè)方法。本發(fā)明提供的檢測(cè)裝置和方法能夠更為精確地反映管道內(nèi)不同區(qū)域顆粒速度分布。
文檔編號(hào)G01P5/08GK102608350SQ20121008059
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者吳偉平, 張文彪, 王玉琳, 王超 申請(qǐng)人:天津大學(xué)