【摘要】：中高濃度的氣力輸送由于其具有能耗低、運行穩(wěn)定、便于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用,與之相對應(yīng)的實驗、理論研究也得到了長足發(fā)展。對于中高濃度的氣固兩相流參數(shù)的檢測一直以來是人們重點關(guān)注的課題,科研工作者根據(jù)兩相流的特點,先后形成了諸如光學(xué)法、靜電測量、超聲測量等多種測試方法。其中超聲波法由于具有穿透性能好、性能穩(wěn)定、能實現(xiàn)在線監(jiān)測等特點,目前已成為中高濃度氣固兩相流檢測的重要方法之一。然而,如何降低超聲波檢測頻率和如何處理超聲信號并反演出兩相流的流動參數(shù)等問題成為制約其深入應(yīng)用的瓶頸。本文選用上引式流態(tài)化倉泵作為發(fā)送裝置,以壓縮空氣作為輸送動力,粉煤灰為輸送物料進行氣固兩相流實驗研究。為了進行流動參數(shù)檢測,搭建了低頻超聲測試平臺,該平臺包括超聲波發(fā)生器、超聲波捕捉器和信號采集轉(zhuǎn)化處理裝置。實驗中,首先進行空氣單相流實驗,獲取單相流中的超聲波信號,并以此信號為標(biāo)準(zhǔn)進行后期信號衰減計算,進而得出不同流動狀態(tài)下的超聲衰減系數(shù),然后對超聲衰減系數(shù)進行快速傅里葉變換,并對其進行反演計算,可得到管道內(nèi)的固體濃度;同時,對獲取的超聲波信號進行短時傅里葉變換和相應(yīng)計算得出管道內(nèi)固體輸送速度。本文根據(jù)實驗研究的需要通過超聲波檢測的物理學(xué)基礎(chǔ)和相關(guān)的聲學(xué)基礎(chǔ),結(jié)合超聲波在中高濃度氣固兩相流中的傳播特點及超聲波傳播過程中產(chǎn)生衰減的機制:包括黏性損失、吸收損失以及熱損失等,從超聲波的波動所遵循的質(zhì)量、能量、動量守恒的角度對其在兩相中傳播的單元進行剖析推導(dǎo),得到了適用于論文所述工況的ECAH模型,并對其簡化得到McClements模型。因為超聲波通過粉煤灰顆粒時會產(chǎn)生散射損失,進而使其發(fā)生衰減,論文結(jié)合固相顆粒的各項物性參數(shù)和超聲波的頻譜范圍等進行推導(dǎo),得到了適合本文所述工況的BLBL模型。在氣固兩相輸送粉煤灰的低頻超聲檢測中,超聲波的主要衰減機制為粘性損失、吸收損失、熱損失和散射損失,因此本文選取McClements模型疊加BLBL模型對所獲取的超聲波信號進行處理。論文通過實驗研究,獲得載有兩相流信息的超聲波信號,對其進行處理后,得出在不同氣體表觀速度下的固體濃度、固體速度等流動參數(shù)的變化規(guī)律,實驗同時采用渦街流量計和電子稱重儀檢測管道內(nèi)固體質(zhì)量變化,反推出固體濃度變化,輔以靜壓差壓變送器監(jiān)測固體速度的變化規(guī)律。最后,將超聲檢測法和其他檢測方法所得的數(shù)據(jù)進行對比分析。研究表明,超聲檢測法與其他兩種方法所得實驗結(jié)果具有良好的相似性,固體濃度隨著氣體表觀速度的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢,而固體輸送速度及輸送能力隨著氣體表觀速度的增大呈現(xiàn)出了不斷增大趨勢的趨勢。論文系統(tǒng)研究了管道沿程壓力降的變化規(guī)律。研究表明,輸送起始階段,氣體表觀速度是壓力降變化的主導(dǎo)因素,隨氣體表觀速度的增加壓力降不斷增大;當(dāng)氣體表觀速度進入高速區(qū)以后,壓力降會在短暫的平衡后呈現(xiàn)降低的變化趨勢,且其變化節(jié)奏與固體濃度的變化相似,此時濃度變化成為壓力降變化的主導(dǎo)因素。論文通過超聲波測試裝置對中高濃度的粉煤灰輸送的檢測進行了創(chuàng)新探索,將超聲檢測得到的輸送參數(shù)與用其他常規(guī)測試手段得到的數(shù)據(jù)進行對比分析,兩者具有良好的相似性,超聲檢測技術(shù)可以運用于中高濃度管道氣固兩相輸送粉煤灰的監(jiān)測。
【學(xué)位授予單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ536.4;TQ022

【參考文獻】

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