超声波在气固两相介质中的传播模型及特性研究
发布时间：2020-05-07 08:05
【摘要】：气固两相介质广泛存在于能源、化工、冶金等领域,实现其颗粒粒径的在线测量对系统安全经济运行、节能减耗以及优化控制有重要意义。超声波以其指向性极好、穿透力强、非接触、能在不透光介质中传播等优点受到人们的广泛关注。本文以电厂一次风管道煤粉粒径监测为工程背景,通过理论与实验相结合的方法,对超声波在气固两相介质中传播模型及特性进行研究,为开发可靠的颗粒粒径测量系统提供理论基础,主要研究成果如下:(1)对气固两相流模型进行简化,将不可控的固相颗粒在气相中的分布变为可控分布,以小颗粒自然堆积模拟浓相系统,大颗粒分层堆积模拟稀相系统,并提出修正系数解决浓度不均的问题。根据拓展藕合相模型和瑞利散射模型,对声衰减和声速随粒径变化特性进行数值模拟,在50μm—1000μm哗粒径范围内,声衰减随粒径增大先减小后增大,声速则随粒径增大而增大并趋近空气中声速。(2)对超声测量系统的核心部件压电超声换能器进行有限元分析,建立压电换能器简化模型,对换能器的结构和频域特性进行分析,并提出在电厂管道等对换能器磨损程度较大的工作场合,需保证超声换能器的驱动频率与其特征频率相适应。(3)根据理论模型和超声换能器的特性搭建超声测量实验系统,利用玻璃微珠颗粒代替煤粉颗粒进行实验。颗粒自然堆积下,在50μm～300μm粒径范围内,频率22KHz时声衰减随粒径增大而减小,频率40KHz时声衰减随粒径增大先减小,粒径为250μm时最小,此后略微上升,频率75KHz时声衰减随粒径增大先减小,粒径大于180μm后逐渐增大,三种频率下声速均随粒径的增大而增大,与模拟结果趋势较为一致。分层堆积下测得的声衰减系数小于等粒径下自然堆积中的声衰减系数,是因为自然堆积中结构衰减和散射衰减更大。
【图文】：
声速和声衰减与复波数的关系可表示为：／邋＝邋？／Ｆ邋＋邋ｙ＿ａ。根据拓展耦合相模型逡逑（２．１４），，利用数学软件ＭＡＴＬＡＢ对不同体积浓度和超声波频率下，玻璃微珠颗粒－空气逡逑两相介质中声速和声衰减随粒径变化进行数值模拟计算，结果如图２．１？２．３所示。逡逑１６０邋ａ逦Ｉ逦１邋Ｉ逦１邋Ｉ逦１邋Ｉ邋Ｉ逦１逦３５０逦Ｉ邋？逦＇逦＇逦＇邋＇Ｉ邋｜逡逑Ｉ逦—ｅ—邋４０％逡逑１４０邋＼逦￣Ａ￣邋５０％邋－逦▲“邋“““““邋▲“逡逑＼逦—６０％逦３４０邋－逦等？S茫垮澹垮澹垮澹浚浚浚垮澹浚壳靥┐溃坑啵浚拷鸫繱茫肯樱卞义希保玻板澹哄危у暹澹危校剑椋剑蓿戾义希疱澹劐危常常板澹妫妫戾澹坼危担
本文编号：2652681
【图文】：
声速和声衰减与复波数的关系可表示为：／邋＝邋？／Ｆ邋＋邋ｙ＿ａ。根据拓展耦合相模型逡逑（２．１４），，利用数学软件ＭＡＴＬＡＢ对不同体积浓度和超声波频率下，玻璃微珠颗粒－空气逡逑两相介质中声速和声衰减随粒径变化进行数值模拟计算，结果如图２．１？２．３所示。逡逑１６０邋ａ逦Ｉ逦１邋Ｉ逦１邋Ｉ逦１邋Ｉ邋Ｉ逦１逦３５０逦Ｉ邋？逦＇逦＇逦＇邋＇Ｉ邋｜逡逑Ｉ逦—ｅ—邋４０％逡逑１４０邋＼逦￣Ａ￣邋５０％邋－逦▲“邋“““““邋▲“逡逑＼逦—６０％逦３４０邋－逦等？S茫垮澹垮澹垮澹浚浚浚垮澹浚壳靥┐溃坑啵浚拷鸫繱茫肯樱卞义希保玻板澹哄危у暹澹危校剑椋剑蓿戾义希疱澹劐危常常板澹妫妫戾澹坼危担
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