[发明专利]气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法

摘要

本发明公开了一种气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法，该方法利用单个静电传感器实现了颗粒平均速度测量，大大简化了测量装置，并且降低了对气固两相流动条件的依赖性。本发明采用单个圆环静电传感器实现了气固两相管流颗粒平均速度测量。静电传感器在结构上对流体的流动状况无影响，属于非接触式测量方法。另外，基于静电传感器空间滤波法的颗粒速度测量技术具有结构简单，信号处理方便，价格低廉，测量准确度高的特点，适合于恶劣的工业气力输送现场环境中应用。本发明在重力输送颗粒流实验装置和加压密相气力输送系统上进行了系统地实验研究，结果表明：该测量系统具有良好的重复性和稳定性。

主权项

1、一种气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法，利用包括测量探头和前置放大器的静电传感器，其特征在于：步骤1)在径向位置r处，利用静电传感器输出信号功率谱特性的导数为零时，有：$\frac{a}{\sqrt{b}}\exp (-\frac{{\left(\mathrm{\pi f}\right)}^2}{{\mathrm{bv}}^2})·(1-\frac{{2\left(\mathrm{\pi f}\right)}^2}{{\mathrm{bv}}^2})+\frac{c}{\sqrt{d}}\exp (-\frac{{\left(\mathrm{\pi f}\right)}^2}{{\mathrm{dv}}^2})·(1-\frac{2{\left(\mathrm{\pi f}\right)}^2}{{\mathrm{dv}}^2})=0---\left(16\right)$ 式中a，b，c，d为径向位置r处，灵敏度分布函数s(z)的拟合系数，f为功率谱频率，v为颗粒移动速度，由式(16)，可知：在功率谱特性的尖峰处，v/fmax为常数并设定为gr，则有v/fmax＝gr，gr与a，b，c，d有关，并可由式(16)通过数值计算获得，fmax为功率谱尖峰频率值，同理，在r＝0处，可得到g0值，上述拟合系数a，b，c，d采用如下方法得到：首先，建立点电荷与静电传感器之间相互作用的数学模型$\{\begin{array}{c}▿·(ϵ(r,\theta ,z)▿\phi (r,\theta ,z))=-\rho (r,\theta ,z)\\ \phi (r,\theta ,z){|}_{(r,\theta ,z)\in {\Gamma }_p}=0\\ \phi (r,\theta ,z){|}_{(r,\theta ,z)\in {\Gamma }_s}=0\\ \phi (r,\theta ,z){|}_{(r,\theta ,z)\in {\Gamma }_e}=0\end{array}---\left(11\right)$ 式中φ为场域电势分布；ρ为体电荷密度；ε为敏感区间电介质分布；Γp，Γs，Γe分别为管线、屏蔽罩和电极的空间位置；然后，采用数值解法，求解得到静电场分布，进而获得单位点电荷在不同空间点上时，电极上的感应电量s(z，r)，再对电极感应电量s(z，r)在给定径向位置r上进行曲线拟合，得到拟合系数a，b，c，d；步骤2)对管道内气固两相流颗粒“静电流噪声”进行数据采集，通过Welch功率谱分析方法估计出采集信号的功率谱特性，然后利用Daubechies三阶小波，其尺度函数φ3 D(t)和小波函数ψ3 D(t)分别为：${\phi }_3^D\left(t\right)=\frac{1+\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D\left(2t\right)+\frac{3+\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D(2t-1)+\frac{3-\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D(2t-2)+\frac{1-\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D(2t-3)$ ${\psi }_3^D\left(t\right)=\frac{1-\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D(2t+2)+\frac{3-\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D(2t+1)+\frac{3+\sqrt{3}}{4\sqrt{3}}{\phi }_3^D\left(2t\right)+\frac{1+\sqrt{3}}{4\sqrt{2}}{\phi }_3^D(2t-1)$ 对功率谱进行小波多尺度分解，由此实现功率谱特性的趋势项提取，之后即可在功率谱特性曲线的趋势项上读出尖峰频率值fmax，进而根据vm＝kg0fmax，获得颗粒平均速度。