中高浓度管道气固两相输送粉煤灰低频超声测试研究

发布时间：2020-06-02 21:34

【摘要】：中高浓度的气力输送由于其具有能耗低、运行稳定、便于实现自动控制等优点得到了广泛应用,与之相对应的实验、理论研究也得到了长足发展。对于中高浓度的气固两相流参数的检测一直以来是人们重点关注的课题,科研工作者根据两相流的特点,先后形成了诸如光学法、静电测量、超声测量等多种测试方法。其中超声波法由于具有穿透性能好、性能稳定、能实现在线监测等特点,目前已成为中高浓度气固两相流检测的重要方法之一。然而,如何降低超声波检测频率和如何处理超声信号并反演出两相流的流动参数等问题成为制约其深入应用的瓶颈。本文选用上引式流态化仓泵作为发送装置,以压缩空气作为输送动力,粉煤灰为输送物料进行气固两相流实验研究。为了进行流动参数检测,搭建了低频超声测试平台,该平台包括超声波发生器、超声波捕捉器和信号采集转化处理装置。实验中,首先进行空气单相流实验,获取单相流中的超声波信号,并以此信号为标准进行后期信号衰减计算,进而得出不同流动状态下的超声衰减系数,然后对超声衰减系数进行快速傅里叶变换,并对其进行反演计算,可得到管道内的固体浓度;同时,对获取的超声波信号进行短时傅里叶变换和相应计算得出管道内固体输送速度。本文根据实验研究的需要通过超声波检测的物理学基础和相关的声学基础,结合超声波在中高浓度气固两相流中的传播特点及超声波传播过程中产生衰减的机制:包括黏性损失、吸收损失以及热损失等,从超声波的波动所遵循的质量、能量、动量守恒的角度对其在两相中传播的单元进行剖析推导,得到了适用于论文所述工况的ECAH模型,并对其简化得到McClements模型。因为超声波通过粉煤灰颗粒时会产生散射损失,进而使其发生衰减,论文结合固相颗粒的各项物性参数和超声波的频谱范围等进行推导,得到了适合本文所述工况的BLBL模型。在气固两相输送粉煤灰的低频超声检测中,超声波的主要衰减机制为粘性损失、吸收损失、热损失和散射损失,因此本文选取McClements模型叠加BLBL模型对所获取的超声波信号进行处理。论文通过实验研究,获得载有两相流信息的超声波信号,对其进行处理后,得出在不同气体表观速度下的固体浓度、固体速度等流动参数的变化规律,实验同时采用涡街流量计和电子称重仪检测管道内固体质量变化,反推出固体浓度变化,辅以静压差压变送器监测固体速度的变化规律。最后,将超声检测法和其他检测方法所得的数据进行对比分析。研究表明,超声检测法与其他两种方法所得实验结果具有良好的相似性,固体浓度随着气体表观速度的增大呈现出先增大后减小的变化趋势,而固体输送速度及输送能力随着气体表观速度的增大呈现出了不断增大趋势的趋势。论文系统研究了管道沿程压力降的变化规律。研究表明,输送起始阶段,气体表观速度是压力降变化的主导因素,随气体表观速度的增加压力降不断增大;当气体表观速度进入高速区以后,压力降会在短暂的平衡后呈现降低的变化趋势,且其变化节奏与固体浓度的变化相似,此时浓度变化成为压力降变化的主导因素。论文通过超声波测试装置对中高浓度的粉煤灰输送的检测进行了创新探索,将超声检测得到的输送参数与用其他常规测试手段得到的数据进行对比分析,两者具有良好的相似性,超声检测技术可以运用于中高浓度管道气固两相输送粉煤灰的监测。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ536.4;TQ022

【参考文献】