基于静电传感器阵列的方形气力输送管道内粉体颗粒流动特性研究

摘要

实现燃煤锅炉气力输粉管道内粉体燃料流动状态快速检测与精细化表征，是提升火力发电灵活性、保障火电机组安全运行的关键性技术，然而针对流动状态复杂的方形截面气力输粉管道内粉体颗粒的流动检测研究相对较少。本文设计一种由分布式条形电极组成的静电传感器阵列测量系统，实现方形截面气力输送管道内粉体颗粒流动状态的精细化检测，主要研究内容如下:
　　(1)通过研究方形截面气力输粉管道内带电颗粒静电场分布特征及气固两相流流动特点，本文提出一种由分布式条形电极组成的静电传感器阵列物理模型，用于方形截面气力输粉管道内粉体颗粒速度、浓度、流动稳定性、流型分布等流体参数的精细化表征。
　　(2)深入分析静电传感器阵列传感特性，基于静电感应基本原理及镜像电荷法建立静电传感器阵列感应机理数学模型，采用有限元分析软件COMSOL建立静电传感器阵列感应机理有限元模型，通过理论分析结合实验测试，验证静电传感器阵列感应机理数学模型的有效性。
　　(3)基于建立的静电传感器阵列感应机理数学模型及有限元模型，定量研究不同尺寸条形电极的感应输出特性及空间灵敏度分布，提出差分测量方法，均匀静电传感器阵列空间灵敏度分布，优化传感器设计。
　　(4)根据静电传感器阵列输出信号的时域、频域特性，设计静电传感器阵列微弱信号调理电路;结合静电传感器阵列结构特点，设计多路信号互相关及数据融合信号处理方法，基于虚拟仪器开发软件LabVIEW，完成静电传感器阵列测量系统软件设计，实现静电传感器阵列测量系统集成。
　　(5)设计并搭建全方形截面管道粉料气力输送实验平台，构造多种实验工况对静电传感器阵列测量系统进行整机测试，并结合侵入式分布条形电极阵列、方环形电极阵列，进一步深入研究方形截面气力输粉管道内粉体颗粒流动特性。实验表明，方形截面气力输送管道内粉体颗粒流动状态分布并不均匀，由分布式条形电极组成的静电传感器阵列测量系统可以精细化表征方形截面气力输送管道内粉体颗粒的速度、浓度、流动稳定性及流型分布等信息。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 气固两相流检测方法概述

1．3 静电传感器研究现状

1．3．1 静电传感器概述

1．3．2 粉体颗粒起电影响因素

1．3．3 静电传感器物理模型及感应机理模型

1．3．4 静电传感器特性研究及传感器优化

1．3．5 气固两相流参数检测

1．4 研究内容及方法

1．5 论文组织结构

第2章 静电传感器阵列粉体流动参数测量原理

2．1 静电传感器阵列物理模型

2．2 粉体流动参数测量原理

2．2．1 粉体颗粒速度参数测量

2．2．2 粉体颗粒浓度参数测量

2．2．3 基于静电传感器阵列的粉体流动参数表征

2．3 本章小结

第3章 静电传感器阵列数学模型及验证

3．1 静电传感器阵列数学模型

3．1．1 镜像电荷法简介

3．1．2 静电传感器阵列数学模型

3．1．3 点电荷激励输出特性

3．2 静电传感器阵列有限元模型

3．2．1 有限元模型建模

3．2．2 点电荷激励输出特性

3．3 基于有限元模型的理论验证

3．3．1 静电传感器阵列空间灵敏度分布

3．3．2 有限元模型与数学模型空间灵敏度分布对比

3．4 实验验证

3．4．1 静电传感器阵列测量探头

3．4．2 实验装置

3．4．3 实验结果及分析

3．5 本章小节

第4章 静电传感器阵列空间灵敏度均匀化

4．1 静电传感器阵列空间灵敏度分布特性

4．2 差分静电传感器阵列设计及建模

4．2．1 差分静电传感器阵列结构设计

4．2．2 差分空间灵敏度数学建模

4．3 差分空间灵敏度理论分析

4．3．1 差分空间灵敏度分布特性

4．3．2 差分空间灵敏度分布均匀性理论分析

4．4 实验验证

4．4．1 实验装置

4．4．2 实验结果及分析

4．5 本章小节

第5章 静电传感器阵列测量系统集成

5．1 静电传感器阵列测量系统概述

5．2 静电传感器阵列硬件测量系统设计

5．2．1 静电传感器阵列测量探头

5．2．2 信号调理单元

5．3 静电传感器阵列软件测量系统设计

5．4 本章小节

第6章 方形气力输送管道粉体流动特性研究

6．1 方形截面管道粉料气力输送实验平台设计

6．2 均匀流工况实验测试

6．2．1 实验设计

6．2．2 实验结果及分析

6．3 非均匀流工况实验测试

6．3．1 实验设计

6．3．2 实验结果及分析

6．4 方形气力输送管道粉体流动特性精细化表征

6．4．1 侵入式／非侵入式分布条形电极测量探头设计

6．4．2 空间灵敏度分布

6．4．3 实验结果及分析

6．5 本章小节

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介