基于静电传感器阵列和位置指纹的绳状流定位方法研究

由于气固两相流动的复杂性,燃煤电厂一次风管道内煤粉颗粒在管道内分布非常不均匀,尤其在绳状流情况下,颗粒聚集成束并在管道内剧烈摆动,为了实现绳状流质量流量的测量,可先对绳状流进行定位。提出基于静电传感器阵列和位置指纹的绳状流定位方法,通过有限元仿真获得方形管道四壁上静电电极的空间灵敏度,以电极对的相对空间灵敏度为特征、位置坐标为标签构建位置指纹数据库,并使用支持向量回归算法建立定位模型。在重力输送实验台上模拟绳状流进行实验验证,结果表明:在管道处的定位误差最大,当信号时间长度为0.2 s时最大定位误差为4.11 mm。所提出的定位方法有利于消除绳状流位置变化引起的质量流量测量误差。

阵列式静电传感器灵敏场分布特性

粉体的气体输送过程中,颗粒的荷电包含了粉体速度、浓度及颗粒尺寸等大量信息,阵列式静电传感器是获取这些信息的重要手段,但由于静电传感器灵敏场的非均匀性,流型变化会给测量造成较大的误差。该文基于点电荷思想建立了阵列式静电传感器的三维静电场数学模型,并应用有限元法系统地分析了阵列式静电传感器的结构参数(包括电极的长宽尺寸、屏蔽罩的长度和半径,绝缘管道的厚度等)对传感器灵敏场分布特性的影响。最后结合理论分析和实验,证实了模拟结果的准确性,从而为实现阵列式静电传感器的优化设计提供了理论依据。

基于阵列式静电传感器的密相气力输送煤粉颗粒运动特性分析

首先运用有限元法系统分析了阵列式静电传感器灵敏度的分布特性.然后在密相气力输送实验装置上,利用阵列式静电传感器和电容层析成像(ECT)技术获得了不同表观气速(5.7,6.9,8.1 m/s)下的静电输出信号和管道截面的煤粉分布图像.结合ECT成像结果,利用FFT变换和近似熵方法分别得到阵列传感器输出静电信号的频谱特性和近似熵值.结果表明:随表观气速增大,输送管道内颗粒速度增大,并且稀相区颗粒径向速度波动明显;浓相区的近似熵值一直大于稀相区的近似熵值,并且随两者之差的减小,ECT成像图表明此过程煤粉分布更均匀,输送悬浮性越好.

阵列式静电传感器结构设计与优化研究

气固两相流广泛存在于自然界和工业生产过程中,利用阵列式静电传感器感应成像系统可以对两相流的流型、截面分布等信息进行可视化监测,进而得到其流动特性、运输效率、安全状况等情况,对于两相流体的理论研究以及相关生产过程的安全化、高效化和实时控制等具有重要意义。本文提出了一种新型的阵列式静电传感器结构,通过有限元方法分析静电传感器敏感场特性,进而验证传感器的结构参数对测量结果的影响;建立了两相流流动的仿真模型,通过对比传感器不同结构参数下的敏感特性,对相关参数进行优化,对提高静电成像系统的成像精度与准确度具有重要意义。

基于阵列式静电传感器的气固两相流流速检测

流动速度是反应气固两相流流动情况的重要参数之一。为了实现气固两相流流动速度准确而方便的检测,根据静电感应原理,设计了新型阵列式静电传感器,在分析了传感器电荷信号产生机理的基础上,设计并开发了微弱信号处理电路,搭建了用于气固两相流流速检测的重力输送实验装置。通过互相关算法得到了固体颗粒流动平均速度,与其他相关测量装置比较,该装置能够稳定、准确的实现气固两相流流速的检测,同时,更便于现场使用安装。

阵列式静电传感器的频率特性分析

研究了应用于气固两相流流动参数检测的阵列式静电传感器频率特性，建立了阵列式静电传感器的数学模型，定义了动态灵敏度，应用数值模拟结合实验的方法得到了阵列式静电传感器的轴向灵敏区域和频率响应特性。结果表明：传感器近极片的轴向灵敏区域最小，中心轴向处的灵敏区域最大；空间频率分布为距极片越近，频带越宽，峰值频率越大；速度越大频带越宽，峰值频率越大；极片越长，信号的频带越窄；得到了粒子速度、灵敏区域长度和峰值频率3者之间的关系。

阵列式静电-电容传感器灵敏度特性研究

结合静电和电容传感技术各自的特点,提出了阵列式静电-电容传感器用于气固两相流中固相颗粒的局部速度、局部浓度以及局部流量测量。利用静电极片阵列与电容极片阵列获取管道内颗粒的速度分布与浓度分布,进而计算出颗粒的局部流量。该阵列式传感器参数测量的准确性直接取决于它的空间灵敏度分布特性。对静电极片阵列和电容极片阵列的灵敏度特性进行了研究。首先,建立了静电极片阵列的三维静电场模型,通过有限元法分析静电极片阵列的结构参数(电极长度、电极覆盖角等)对传感器灵敏度特性的影响;然后根据电磁场理论建立电容极片阵列的数学模型,并对其进行数值计算,研究管道厚度、管道介电常数、电极覆盖角等参数对传感器灵敏度特性的影响;最后搭建了传动带装置进行了实验研究,实验结果证实了模拟结果的准确性,为阵列式静电-电容传感器的优化设计提供理论依据。

静电传感器测量固体颗粒质量流量实验研究

航空发动机气路和排放尾气中固体颗粒物的监测有助于提高相关设备故障的识别和预警能力。采用3种不同形式的静电传感器测量方形管道中固体颗粒质量流量,并对其测量准确度进行了对比分析。3种静电传感器在4种输送气流速度和4种固体颗粒质量流量组合成的16种工况下测量了稀相固体颗粒的静电信号,并利用静电信号强度和固体颗粒速度进行了全工况固体颗粒质量流量标定。实验结果表明:方环形静电电极的平均测量偏差最大,侵入式条状静电电极阵列在质量流量较低时的测量偏差最小,非侵入式条状静电电极阵列在质量流量较高时的测量偏差最小。

基于EMD降噪的燃烧器火焰静电信号能量熵分析

采用灵敏度高、结构简单、环境适应性强的非侵入式静电传感器阵列测量甲烷及生物质火焰的能量变化特性。基于经验模态分解的降噪方法对测量信号进行去噪处理,以获得信号的能量熵用于表征火焰中带电颗粒运动复杂度。实验中对甲烷-空气预混和扩散火焰以及甲烷助燃生物质火焰进行测量。研究结果表明:甲烷扩散火焰带电颗粒运动复杂度随燃料流量的增大而增大,相同甲烷流量下,空气流量越大预混火焰颗粒运动复杂度越高,生物质火焰中带电颗粒运动复杂度比气态甲烷火焰的高,火焰中部带电颗粒运动复杂度最高。

基于阵列式静电传感器的自相关颗粒速度测量

对用于气固两相流颗粒速度测量的阵列式静电传感器输出信号进行自相关分析,获得了自相关谱线中渡越时间与颗粒速度的关系,并在重力输送实验台和浓相气力输送装置进行了实验验证,最后分析了采样频率对速度测量结果的影响.理论与实验结果表明:静电信号自相关函数的渡越时间与颗粒速度成线性关系,在合理选择采样频率的前提下可准确获得颗粒流动平均速度。

基于静电互相关灵敏度加权的气路碎片监测

由于静电传感器阵列(ESA)安装位置及电极数目受到工作环境限制,导致航空发动机故障预测与健康管理(PHM)系统的线性独立测量信息数较少。针对此问题,提出了一种基于静电互相关(CC)灵敏度加权的气路碎片监测方法,在同一电极数目的条件下利用互相关聚焦原理有效增加了能够表征不同敏感区域的测量信息。在此基础上设计了8电极ESA,建立了不同电极对的互相关灵敏度分布,并以获取的16个相关速度值对其进行加权计算,计算结果反映了带电碎片的速度和位置信息。带式静电实验装置和颗粒落体实验装置的实验结果验证了所提方法的有效性,对单颗粒与多颗粒的监测结果和实际分布的平均相关系数分别达到了0.668与0.652,提高了PHM系统的监测信息量和稳定性。

基于LSTM神经网络的流化床干燥器内生物质颗粒湿度预测

生物质作为一种储量丰富、环境友好且易于获取的可再生能源,日渐成为能源研究利用领域的热点。生物质湿度是影响生物质利用效率的关键因素,因此干燥是生物质利用之前的必要步骤。流化床由于其良好的传热传质特性,在干燥过程中得到了广泛的应用。为了实时监测生物质颗粒的干燥过程,利用弧形静电传感器阵列,结合用于时间序列建模的长短期记忆(LSTM)神经网络,实现了流化床干燥器内生物质颗粒湿度的预测。在实验室规模的流化床干燥器上进行了多工况实验获取训练和测试数据,通过模型参数优化确定了LSTM模型。通过与标准循环神经网络(RNN)模型的预测结果的对比表明,LSTM神经网络模型的平均相对误差较小,能够较为准确地预测流化床干燥器内生物质颗粒的湿度。

基于非接触式静电传感阵列的二维流化床气泡参数测量

实现流化床内气泡参数实时在线测量与表征,对深入了解流化床内气固流动特性以及反应过程调控具有重要意义。提出一种非接触静电传感阵列的气泡参数测量方法,通过静电传感器结合互相关法测量气泡上升速度,进一步利用气泡流经传感器的时间差,可获得气泡直径。开发了非接触式多路检测系统,并在二维流化床上开展了气泡特性实验研究。结果表明:静电传感器阵列结合互相关技术可实现在流化床内气泡上升速度、直径的同时测量;不同工况下,二维流化床中气泡的流动特性基本满足Davidson半经验公式,气泡的上升速度与流化风速及气泡直径的平方根成线性关系。非接触静电传感阵列对气泡流动不产生干扰,在表征流化床内部气泡流动特性方面具有重要的工程应用价值。

循环湍动流化床颗粒的局部平均速度在线测量系统

为满足循环湍动流化床(circulating turbulent fluidized bed,C-TFB)颗粒流动速度在线测量的迫切需求,基于阵列式静电传感器,设计了一种颗粒局部平均速度测量系统,并在C-TFB冷模装置上进行速度测量试验.测试结果表明:系统能够实现C-TFB颗粒局部平均速度在线准确测量;在一定条件下,颗粒流动稳定性随着C-TFB床高的下降而下降.