發(fā)布時間：2020-05-07 08:05

【摘要】：氣固兩相介質(zhì)廣泛存在于能源、化工、冶金等領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)其顆粒粒徑的在線測量對系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)能減耗以及優(yōu)化控制有重要意義。超聲波以其指向性極好、穿透力強(qiáng)、非接觸、能在不透光介質(zhì)中傳播等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。本文以電廠一次風(fēng)管道煤粉粒徑監(jiān)測為工程背景,通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對超聲波在氣固兩相介質(zhì)中傳播模型及特性進(jìn)行研究,為開發(fā)可靠的顆粒粒徑測量系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ),主要研究成果如下:(1)對氣固兩相流模型進(jìn)行簡化,將不可控的固相顆粒在氣相中的分布變?yōu)榭煽胤植?以小顆粒自然堆積模擬濃相系統(tǒng),大顆粒分層堆積模擬稀相系統(tǒng),并提出修正系數(shù)解決濃度不均的問題。根據(jù)拓展藕合相模型和瑞利散射模型,對聲衰減和聲速隨粒徑變化特性進(jìn)行數(shù)值模擬,在50μm—1000μm嘩粒徑范圍內(nèi),聲衰減隨粒徑增大先減小后增大,聲速則隨粒徑增大而增大并趨近空氣中聲速。(2)對超聲測量系統(tǒng)的核心部件壓電超聲換能器進(jìn)行有限元分析,建立壓電換能器簡化模型,對換能器的結(jié)構(gòu)和頻域特性進(jìn)行分析,并提出在電廠管道等對換能器磨損程度較大的工作場合,需保證超聲換能器的驅(qū)動頻率與其特征頻率相適應(yīng)。(3)根據(jù)理論模型和超聲換能器的特性搭建超聲測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用玻璃微珠顆粒代替煤粉顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。顆粒自然堆積下,在50μm～300μm粒徑范圍內(nèi),頻率22KHz時聲衰減隨粒徑增大而減小,頻率40KHz時聲衰減隨粒徑增大先減小,粒徑為250μm時最小,此后略微上升,頻率75KHz時聲衰減隨粒徑增大先減小,粒徑大于180μm后逐漸增大,三種頻率下聲速均隨粒徑的增大而增大,與模擬結(jié)果趨勢較為一致。分層堆積下測得的聲衰減系數(shù)小于等粒徑下自然堆積中的聲衰減系數(shù),是因?yàn)樽匀欢逊e中結(jié)構(gòu)衰減和散射衰減更大。
【圖文】：

聲速和聲衰減與復(fù)波數(shù)的關(guān)系可表示為：／邋＝邋？／Ｆ邋＋邋ｙ＿ａ。根據(jù)拓展耦合相模型逡逑（２．１４），，利用數(shù)學(xué)軟件ＭＡＴＬＡＢ對不同體積濃度和超聲波頻率下，玻璃微珠顆粒－空氣逡逑兩相介質(zhì)中聲速和聲衰減隨粒徑變化進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)果如圖２．１？２．３所示。逡逑１６０邋ａ邐Ｉ邐１邋Ｉ邐１邋Ｉ邐１邋Ｉ邋Ｉ邐１邐３５０邐Ｉ邋？邐＇邐＇邐＇邋＇Ｉ邋｜逡逑Ｉ邐—ｅ—邋４０％逡逑１４０邋＼邐￣Ａ￣邋５０％邋－邐▲“邋“““““邋▲“逡逑＼邐—６０％邐３４０邋－邐等？S�？邋？邋？邋？？？？邋？れv┐潰坑�？？靳吚S�？蠙驯辶x希保玻板澹哄危у暹澹危校劍椋劍蓿戾義希皰澹劐危常常板澹媯媯戾澹坼危擔(dān)

本文編號：2652681