基于电容成像的料腿内气固两相流浓度测量

旋风分离器是循环流化床锅炉的主要组成部分,其分离效率是影响整个锅炉的重要因素之一.采用电容层析成像技术(ECT),对旋风分离器料腿中的固体颗粒体积浓度进行测量.这种测试方法的优点在于不破坏原有系统的运行特性,属于非侵入式、在线的快速测试技术.电容传感器均匀布置在分离器料腿直管上,电极数目为8.改变螺杆给料速度以及抽吸风量可改变给料浓度,通过对管道截面体积浓度、波动特性以及体积浓度平均测量结果的比较分析,证明这种方法可获得可靠的测量结果.     

锅炉送粉管道煤粉浓度的电容层析成像测量方法研究

锅炉燃烧过程中,准确测量各风管中的煤粉浓度并指导调节对锅炉的安全、经济运行非常重要.采用电容层析成像技术(ECT),对常温下锅炉煤粉气力输送的固体浓度进行了测试研究.为克服电容传感器敏感场的不均匀性对成像造成的影响,实验系统中装置了一个旋风分离装置,通过旋风分离作用将固体颗粒主要集中在壁面区域,传感器电极布置在分离器直管上.这种测试方法的优点在于不破坏原有系统的运行特性,属于非侵入式、在线的快速测试技术.通过搭建实验台及相应的在线测量系统,并对不同浓度工况进行测量及对比分析,实验结果证明了该测量方法的可行性及可靠性.     

内—外置电极ECT传感器两相流成像仿真研究

本文利用仿真方法研究一种新型具有内置电极的矩形电容层析成像传感器。其由4个内置电极和12个外置电极组成。通过有限差分方法求得普适的矩形敏感图分布，并进一步对其进行处理得到针对这种特殊传感器的专门敏感图。对三种典型的物质分布进行了成像研究，并与无内置电极的12电极测量装置进行比较。计算结果显示了具有内置电极的传感器比无内置电极传感器具有更高的成像质量。     

颗粒物性参数对旋风分离器性能影响的试验研究

通过全面测定循环流化床锅炉用旋风分离器在不同操作参数下的分离效率,研究了入口气速和入口颗粒浓度、入口颗粒物性等参数对旋风分离器的压降和分离性能的影响规律.试验结果表明,影响旋风分离器分离性能的主要物性参数是颗粒的中位粒径和密度,在入口颗粒的中位粒径相差较大时,分离性能主要受粒径的影响,而当入口颗粒粒径相差较小时,密度对分离器分离性能的影响则更为显著.     

同心圆环区域电容层析成像传感器数目优化

针对同心圆环区域,设计了不同数目的组合电容层析成像传感器,以提高传感器在测量区域的空间分辨率。基于数值仿真,对内外径之比为0.2、0.3、0.4、0.5的4种同心圆环区域,采用了传统外层12电极和12-4、12-6、12-8 3种内外双层结构电极(IEE),研究了其成像特性。其中IEE传感器测量过程施行外部-对立-内部(EOI)和外部-对立(EO)两种激励策略,对几种典型的介质分布进行测量,并采用LBP、Tikhonov、Landweber算法开展图像重建。结合数值仿真和实验验证,结果显示内外双层电极测量随着同心圆环形区域内外径比增大,内层电极数目存在最优值,12-4型电极结构在不同环形区域的重建图像质量和稳定性更好。采用LBP算法进行成像时,EOI激励策略相比于EO激励策略在成像精度上略有优势;采用Tikhonov算法和Landweber迭代算法时,EO激励策略能有效避免异常电容值的影响,与IEE电极组合时能在不同内外径比的同心圆环区域测量中提高成像质量。     

同面8电极电容传感器灵敏度与激励信号的关系研究

先进复合材料具有比模量高、耐高温、耐疲劳等优点,在现代飞机上的用量越来越大。随着飞机服役年限的增加,复合材料构件会产生裂纹、内部分层等损伤。同面8电极技术可以用于飞机上复合材料构件的健康监测。高灵敏度的传感器可以检测到更细微的损伤,对检测结果有很大的影响。为使同面8电极电容传感器具有较高的灵敏度,通过实验研究了不同电压、频率及波形与同面8电极电容传感器灵敏度的关系。实验结果表明:激励信号的类型、幅值、频率以及矩形波激励信号的占空比对同面8电极电容传感器的灵敏度均有不同程度的影响。为选取合适的激励信号提供了依据。     

基于交流充放电系统的电容层析成像系统软件设计

介绍基于交流的电容层析成像系统软件设计和应用。采用VisualC 语言,基于Windows98和XP操作系统,首次开发编写了32位电容采集应用程序。软件可以应用于圆形和方形电容传感器,并能够应用于双层电容传感器,用于相关速度测量。软件还能够用于不同数目的电极传感器。系统的激励电压、频率、相位角均能够通过软件来实现。三种成像方法:LBP、Landweber和优化迭代方法嵌入到软件中。软件系统具有友好的界面,操作方面的特点。     

小管径管道气液两相流空隙率电容传感器设计

为了测量微小管道(内径5 mm)中气液两相流的空隙率,设计了具有螺旋结构电极的电容传感器。对螺旋电极电容传感器的螺距和电极宽度2个主要结构参数进行了仿真研究,结果表明当螺距在1.625~2.85倍管径、电极宽度在0.200~0.280倍螺距之间变化时,最大检测场均匀性误差小于25%,流型变化对空隙率的测量结果影响不大。静态实验结果表明,具有最优结构参数的传感器在分层流的空隙率测量中表现出了很好的线性特性。     

非接触式电压传感器电极仿真分析

传统电压互感器在体积、微弱信号测量精度以及电绝缘程度方面仍然存在不足,为满足铁路道岔转辙机内部狭窄空间内线路电压非接触测量的需求,根据电容耦合原理,提出一种非接触式电压传感器制作方法,并采用仿真软件COMSOL Multiphysics中的AC/DC模块对不同结构的感应极板进行建模仿真并进行计算及分析对比,选用适用于当前测量状况的电容极板,在保证对原转辙机内部电路系统影响较低的基础上,实现对线路电压的准确稳定测量.为非接触式电压传感器前端电极的选择提供理论依据.     

非接触式电压传感器电极仿真分析

传统电压互感器在体积、微弱信号测量精度以及电绝缘程度方面仍然存在不足,为满足铁路道岔转辙机内部狭窄空间内线路电压非接触测量的需求,根据电容耦合原理,提出一种非接触式电压传感器制作方法,并采用仿真软件COMSOL Multiphysics中的AC/DC模块对不同结构的感应极板进行建模仿真并进行计算及分析对比,选用适用于当前测量状况的电容极板,在保证对原转辙机内部电路系统影响较低的基础上,实现对线路电压的准确稳定测量.为非接触式电压传感器前端电极的选择提供理论依据.     

Electrical capacitance tomography for gas–solids flow measurement for circulating fluidized beds

Gas–solids flows in the risers of circulating fluidised beds (CFBs) and cyclones exhibit complex physical behaviour, such as local backflow and recirculation. The difficulties in accurate measurement of gas–solids flows stem from various flow regimes, which exist in multi-phase flows in pipelines and vessels. It is necessary to investigate the solids’ fraction profile, flow regime identification, image reconstruction, flow acceleration and flow velocity. Electrical capacitance tomography (ECT) is regarded to be a successful technology for imaging industrial processes containing dielectric materials. ECT would help understanding of gas–particle interaction, particle–boundary interaction and the influence of gas on the solids’ flow turbulence.The first part of this paper covers some new developments in ECT, i.e., algorithms for 3D image presentation and on-line iterative image reconstruction. The second part presents a novel non-intrusive technique for measuring axial and angular velocities. Theoretical and experimental studies, carried out using cross-correlation techniques in a cyclone separator dipleg, confirm the feasibility of on-line velocity measurement. Experimental results from various gas–solids flow facilities, CFB and cyclone, are presented.     

高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟

对高压天然气田旋风分离器的内流场进行三维稳态数值模拟。将不同压力下的旋风分离器的内部流场进行对比,结果表明,压力对旋风分离器的轴向速度和径向速度的影响很小,但是对切向速度影响较大。旋风分离器的压降随着压力的增大而增大,基本成线性关系。在高压条件下,排气管的直径和入口面积对旋风分离器内流场速度的影响是比较有规律的。     

旋风分离器在不同工况下分离效率的仿真分析

针对旋风分离器的适用性问题,研究了不同工况条件下各工作参数对分离效率的影响.选择了环境参数为固体颗粒粒径和密度,分离器工作参数为进口速度,基于FLUENT运用RNG k-ε模型模拟旋风分离器内气相紊流,采用了离散相模型（DPM）模拟固相流场颗粒轨迹.由于粒径、密度和进口速度分别变化具有多种组合,为此引入了正交试验法以图减少仿真的次数.讨论了在不同颗粒粒径和颗粒物密度条件下旋风分离器的进气口速度与分离效率之间的关系.研究结果表明,在不同工作环境下旋风分离器工作参数对分离效率有着重要的影响.     

循环流化床上ECT传感器灵敏场的有限元分析

电容层析成像传感器的敏感场受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难,为了提高重建图像质量,对敏感场分布进行分析是非常必要的.该文以12电极方形电容传感器为基础,对电容层析成像技术应用于循环流化床研究做了简单阐述,着重研究了用有限元法对方形电容传感器敏感场分布的计算机仿真,讨论了负敏感场的处理方法.     

切流式双入口气液旋流分离器内的流动分析

针对切流式双入口气液旋流分离器的内部流动特征,利用Fluent软件进行计算分析,重点对分离器内部流动状态及湍流度进行分析,并考察入口流速对主要分离空间流动参数的影响。结果表明,切流式气液分离器内主要分离空间呈明显的组合涡分布,并且轴向零速包络面呈明显柱形,但分离器入口处能耗较大,排气管入口附近紊流现象严重,当入口流速增大时尤为明显。计算结果对气液旋流分离器的结构优化与性能预测具有指导意义。     

基于离散相模型的旋风分离器内部流场数值研究

针对旋风分离器内部流场的研究,采用数值模拟的方法模拟了分离器内固体颗粒的运动轨迹。通过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机理,随后对旋风分离器的灰斗长度进行了优化。结果表明:颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,且同时受到入口速度和粒子半径的影响,相同粒径颗粒在不同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响,旋风分离器在标准灰斗长度下的分离效率及分离性能最好。模拟结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

Experimental research on cyclone performance at high temperature

To predict the influence of operating temperatures on cyclone performance, an experimental investigation was conducted on particle separation in a reverse flow, tangential volute-inlet cyclone separator with a diameter of 300 mm and with air heated up to 973 K. The test powder silica has a mass median diameter of 10 um, while inlet velocity range was 12–36 m/s. Both the separation efficiency and pressure drop of the cyclone were measured as a function of the inlet velocity and operating temperature. At the same inlet velocity, both the separation efficiency and pressure drop decrease with increasing temperature. In addition, optimum inlet velocity, at which the cyclone has its highest separation efficiency, tends to increase with a rise in temperature. An analysis on our own data and published results has shown that the fractional efficiency of a cyclone is a definite function of dimensionless numbers such as the Stokes number, the Reynolds number, the Froude number, dimensionless cyclone inlet area, and dimensionless outlet diameter. A nondimensional experimental correlation of the cyclone performance, including the influence of temperature, was obtained on the basis of our own previous work. The prediction of the influence of temperature on separation efficiencies and pressure drops is in fairly good agreement with experimental results. __________ Translated from Journal of China University of Petroleum, 2006, 30(3): 97–100, 105 [译自: 中国石油大学学报 (自然科学版)]     

PV-E型旋风分离器性能试验研究

在PV型旋风分离器流场和浓度测定的基础上，分析了影响分离性能的主要因素。通过采用分流型排气管、预排尘结构以及优化高径比等措施，开发出了一种压降更低、效率更高的PV—E型旋风分离器。冷态试验结果表明，与PV型旋风分离器相比，PV—E型旋风分离器的出口浓度和压降分别降低约10％和20％。PV—E型旋风分离器的优良性能也得到了放大试验和实际应用的证实。