水平管道中的浓相气固两相流流动参数检测方法研究

摘要

实现浓相气力输送粉体流动参数准确测量对于冶金、电力等行业节能减排具有重要意义。浓相气力输送具有流型复杂、参数时空分布的特点，柱塞流型为水平管道中浓相气力输送粉体的典型流型。
　　本课题针对柱塞流型具有拟周期、脉动的特点，提出一种能够同时检测流型及固相浓度分布信息的具有公共环状检测极板的新型多极板电容传感器阵列。在优化设计多极板电容传感器及信号检测电路等工作基础上，搭建实验系统平台，进行气固两相流流动参数（流型、浓度、速度）检测方法的实验研究。本文的主要工作包括:
　　(1)研究水平管道中的浓相气力输送流动特点及其参数检测方法。对系统功能需求与主要技术指标进行分析，明确系统的设计目标，并在此基础上提出了一种基于水平管道的浓相气固两相流流动参数检测系统的设计方案;
　　(2)研究电容传感器的输出特性，设计并制作了具有公共环状检测极板的新型8极板阵列电容传感器和速度传感器;
　　(3)针对该电容传感器的信号输出特点，制定硬件检测电路方案，研究C/V转换电路、相敏解调电路、模拟开关、数据选择等硬件电路，制作电路板并进行调试;
　　(4)针对柱塞流动特点，采用傅里叶变换等时频变换的方法，建立柱塞流型识别及柱塞长度计算模型;结合速度、相浓度和流型等信息，建立基于流型的固相质量流量模型;
　　(5)在LabVIEW开发环境下完成了上位机软件平台的开发，编写了数据采集、互相关测速、浓度检测、数据存储等程序;
　　(6)搭建完成基于水平管道的浓相气固两相流流动参数检测系统，在实验室条件下，进行浓相气力输送固相质量流量测量实验;对于具有柱塞流型、层流等流型的浓相气力输送过程模拟，本系统能够准确识别流型，对于气固两相流的速度测量相对误差优于5％，固相质量流量测量相对误差优于10％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 浓相气固两相流

1．2．1 浓相气固两相流定义

1．2．2 浓相气固两相流分类及其流动特点

1．2．3 浓相气固两相流研究现状

1．2．4 浓相流检测技术的发展趋势

1．3 本课题的主要研究内容

第2章 系统方案与传感器设计

2．1 系统方案设计

2．1．1 激励源的选择

2．1．2 检测电路的选择

2．1．3 数据采集方案的选择

2．2 浓度传感器设计

2．2．1 平均浓度传感器分析

2．2．2 新型多极板电容传感器阵列

2．2．3 传感器尺寸优化

2．3 速度传感器设计

2．4 本章小结

第3章 系统硬件电路设计与实现

3．1 电源部分设计

3．2 正弦信号发生电路设计

3．3 C／V转换电路设计

3．4 相敏解调电路设计

3．5 移相电路设计

3．6 低通滤波电路设计

3．7 模拟开关组合方案

3．7．1 数据选择器的设计

3．7．2 模拟开关的选择

3．8 运算放大器的选择

3．9 电路设计注意事项

3．10 本章小结

第4章 系统算法研究

4．1 浓度算法

4．1．1 多极板电容传感器阵列的原理

4．1．2 平均浓度模型建立

4．1．3 流型识别

4．1．4 柱塞长度的计算方法

4．2 速度算法

4．2．1 相关技术

4．2．2 互相关法测速

4．3 插值法

4．3．1 插值法的定义

4．3．2 插值法提高柱塞测量精度

4．4 质量流量算法

4．5 本章小结

第5章 基于LabVIEW的上位机软件设计

5．1 数据采集卡

5．1．1 采集卡PCI-6024E

5．1．2 降低系统噪声和提高精度

5．2 数据采集程序设计

5．3 数据处理程序设计

5．3．1 数字滤波器设计

5．3．2 互相关程序设计

5．3．3 傅立叶变换程序设计

5．4 数据读写程序设计

5．5 人机界面设计

5．6 影响VI运行速度的因素

5．7 本章小结

第6章 实验与结果分析

6．1 系统实验装置

6．2 速度检测实验

6．2．1 上下游相关性分析

6．2．2 互相关测速

6．3 浓度检测实验

6．3．1 数据采集稳定性分析

6．3．2 柱塞流长度测量实验

6．3．3 体积浓度实验

6．4 质量流量实验

第7章 结论与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

致谢