气固两相流中固体质量流量测量方法研究

发布时间：2020-05-17 09:53

【摘要】：现代工业生产中如电力、建材、冶金、化工、半导体、医药和食品加工等广泛存在着气固两相流参数测量,对传输管道中气固两相流关键参数进行实时在线测量直接关系到产品的生产效率及系统的安全高效运行,对节能、环保方面有着重要的意义。静电传感器用于气固两相流的测量具有结构简单、稳定性好、可靠性高等优势。通过对静电传感器感应电荷机理进行分析,研究了颗粒质量流量、体积浓度和流速测量方法的相互关系,搭建了实验测试平台,探索颗粒静电信号与测量参数的内在规律,完成了算法设计、硬件制作和测量方法的验证。主要研究工作包括以下几个方面:探究了不同体积浓度下静电信号的波形特点,通过理论分析和实验验证分别研究了静电信号的信号能量以及功率谱密度与不同体积浓度的颗粒之间存在的关系。实验发现:颗粒静电信号的信号能量和颗粒的体积浓度成正相关关系;颗粒静电信号的有用信号功率和颗粒的体积浓度成正相关关系。建立了测量固体颗粒质量流量的数学模型,对模型分析得出,颗粒体积浓度和流速是影响颗粒质量流量的两个主要参数。因此测量颗粒流速和体积浓度,即可测得颗粒质量流量。通过实验得出颗粒体积浓度随静电信号能量的变化规律,设计了基于静电信号能量的三次样条插值法和基于静电信号能量的最小二乘曲线拟合法两种体积浓度测量方法;利用基于FFT的互相关算法实现了对流速的测量;最后完成了颗粒质量流量软硬件实现并在实验平台进行了实验测试,实验结果表明,静电信号能量法测量质量流量具有可行性。研究了基于BP神经网络的气固两相流质量流量测量方法。通过对固相质量流量的特性分析,颗粒质量流量与颗粒流经管道时的流速、体积浓度等之间存在复杂的非线性关系,利用BP神经网络优良的非线性映射能力,以实验数据为样本对3层BP网络进行训练学习,实现了对气固两相流质量流量的在线估计。建立了基于BP网路的质量流量软测量模型,通过对BP神经网络模型进行实验测试得到质量流量估计值,将其估计值与质量流量实际值对比进行结果分析,实验结果表明,基于BP神经网络法测量质量流量具有可行性。
【图文】：

得到电压信号，经 AD 转换电路及数字信号处理电路对信号进行处理、分析，将得到的颗粒质量流量结果值进行显示。图2-1 颗粒质量流量测试平台总体设计框图Fig.2-1 Overall design block diagram of particle mass flow test system2.1 颗粒生电机理及影响因素2.1.1 颗粒生电机理静电是一种自然物理现象，它是一种静止的电荷或者说是不会流动的电荷，宏观上静电是由电势差引起的。在外力作用下，环绕于原子核四周的电子便会偏离原来轨道，此时静电引力与斥力不平衡会使得原子失去电子带正电，相应的，得电子的一方便带负电。通常，，引起物质内部电荷不平衡的外界因素很多，主要有热能、位能、化学能和动能等。因此，两种导电性能不同的物体接触分离后即可产生静电，同时，静电信号的产生与物质的绝缘性有关[22]。而产生静电的方法，一种起电是感应起电，另一种普遍的方法就是摩擦生电。所谓的摩

西安理工大学工程硕士专业学位论文于两种不同材料接触分开后引起内部电荷不平衡引起的，所以本质上起电。因此，生活中随处可见静电现象。物质之间彼此相互摩擦后每带电量的大小是具有一定规律性的[23]。 为物体摩擦起电过程。“接触-分离”是摩擦起电最根本的原理，固体近过程、接触过程、分离过程。两个物体彼此所带的正负电荷是由功数不同的物体接触时，使得功函数较小的一方接触面附近聚集较多的接触面便会聚集负电荷。这样，当两种不同物体接触时，在接触面周成的偶电极；当物体分离时，不同材料自身就会带上不同电荷。因此间功函数差值越大，物体带的电量就越大[24]。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O359;TP212

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本文编号：2668340