声发射信号分析与旋风分离器内颗粒粒径测量

采用声发射检测技术,在颗粒碰撞壁面产生声发射信号的机理上,结合小波算法,建立旋风分离器中固相颗粒粒径的声发射预测模型。在旋风分离器中,分别考察4种不同粒径的活性炭颗粒在0.137,0.214,0.296 m/s3个气相条件下的声发射信号,在流态稳定情况下,在0—500 k Hz采样频率范围内对声发射信号做二阶Daubechies9尺度小波分解,得到代表固体颗粒粒径的特征频段。实验发现特征频段下的声发射信号能量与气相速度的二次方、固相颗粒粒径存在线性关系。固相颗粒粒径的声发射模型的计算值与实际测量值之间的平均相对误差为14.3%,表明声发射技术能够实现固相颗粒粒径的准确、非侵入式的实时在线测量。     

基于小波包分析和K-OPLS的集成方法在颗粒粒径分布检测中的应用

颗粒粒径分布的实时在线检测对于调控气固流化床中颗粒的流化特性具有重要意义。基于混料均匀设计法安排实验,以声发射(AE)技术为检测手段,结合小波包分析,提出采用K-OPLS方法构建颗粒粒径分布的声信号预测模型,定量描述小波包能量特征与颗粒粒径分布的非线性变化规律。实验结果显示,留一交叉验证法的均方根误差(RMSE)仅为0.063,表明基于K-OPLS的颗粒粒径分布声信号预测模型能准确测量气固流化床中颗粒的粒径分布,具有良好的工业应用前景。     

声波的多尺度分解与搅拌釜中浆液浓度的测量

利用声发射检测技术,根据固体和液体碰撞壁面产生不同频率的声发射信号的机理,结合小波分析,建立了搅拌釜中浆液浓度的预测模型,模型可以定量描述特征频段的声能量值随浆液浓度和搅拌转速的变化规律.以水-沙子体系为例,分别考察了浆液浓度为0～0.4 g·ml^-1、搅拌转速为350～550 r·min^-1条件下的声发射信号.实验发现,在完全悬浮的条件下,将声发射信号在0～30 kHz频率范围内作8尺度小波分解,第4、5、6等3个频段的声发射信号的能量值之和随浆液浓度的增加线性增加,随转速的增加呈三次方关系增加.而浆液浓度预测模型的计算值与实验值之间的平均相对误差为7.62%.研究表明,声发射检测技术能快速、准确地实现浆液浓度的在线检测.     

填料塔液泛的声发射测量

利用声发射技术采集填料塔在不同操作状态下壁面处的声发射信号,结合标准差分析、频谱分析和小波分析研究填料塔在不同操作状态时的声发射信号特征,提出填料塔液泛气速的声发射测量判据。以空气-水体系为例考察不同液体流量下的液泛气速,发现声发射信号标准差对液泛气速的预测值与压降法的预测值接近。比较不同操作条件下的声发射信号的功率谱,发现填料塔发生液泛时功率密度最大的峰从50 kHz 和60 kHz 转移到在25 kHz附近;进一步将声发射信号在0~300 kHz 频率范围内做7 尺度小波分解,当气速到达液泛气速时特征信号频段G₁(d₄、d₅)的声发射信号能量分率迅速增大。G₁尺度声发射信号能量分率对液泛气速的预测值与压降法的预测值接近。声发射技术作为一种非侵入式的检测手段,能够实现液泛的实时监控,具有良好的应用前景。     

气固流化床中声发射和流动模式关系

颗粒在气固流化床壁面区域（或局部空间区域）碰撞产生的声波能量反映了颗粒的碰撞速度和频率（活跃程度）,从中可以揭示流化床内颗粒的流动混合模式。通过在φ150mm流化床冷模装置中,对聚乙烯颗粒－空气体系进行流态化实验,运用声发射技术测得声能量沿气固流化床的轴向分布,继而获得了颗粒的流动模式,并发现其与颗粒粒径、表观气速和分布板形式密切相关。对于颗粒粒径为460 μm的聚乙烯颗粒,当表观气速在0.3～0.7 m·s^-1内,其对应的流动模式为带有滞留区的双循环流动模式。如果气速增大到0.8 m·s^-1以上时,流动模式将转化为无滞留区的单循环流动模式。而当颗粒平均粒径降为365μm,对应的双循环流动模式蜕化为单循环模式,壁面不存在滞留区。进一步发现,滞留区位置与静床高无关。研究同时发现,颗粒的流动模式和分布板形式密切相关,对于在多孔平板分布板下为单循环流动模式的小粒径颗粒,在锥帽式分布板下,则在稍高气速时表现为双循环流动模式。     

基于小波多尺度分解的液固体系声发射信号特征分析

在玻璃微珠-水两相搅拌体系中,利用宽带声发射传感器高速采集声发射信号,选择Db8小波基函数对信号进行10层分解,提取各尺度信号能量及能量占比等特征量,研究了特征量随搅拌速度、测量点位置、玻璃微珠质量和粒径的变化规律。结果表明,由玻璃微珠碰撞内壁面造成的声发射信号能量主要集中在D7~D10等四个尺度;随玻璃微珠质量增加,多测量点各尺度信号能量值较单测量点值显示出更良好的线性关系,且不同粒径下的能量占比特征量均各自趋于一个较为稳定的数值范围,可用来表征粒径变化的规律性。实验结果为后续利用声发射信号测量多颗粒系粒径提供了的实验依据。     

气液鼓泡塔液体流动状态的声发射检测

提出一种基于声发射气液鼓泡塔液相流动状态检测方法,将多通道声发射传感器等距地置于鼓泡塔轴向壁面,提取不同表观气速下的各通道声发射信号,对其做经验模态分解(EMD),根据每个imf的Hurst指数值,提取和重构相应的imf,求其每个信号的平均能量。实验结果表明:鼓泡塔壁处液体轴向流速随着表观气速的增加而增大,当表观气速为14 m/min时,塔壁处液体轴向环流速度最大,当表观气速大于18 m/min时,液体轴向完全变为湍流,出现严重返混。声发射检测法能够有效检测出液体流动状态。     

声发射技术在气固两相流检测中的研究进展

阐述声发射技术的检测原理，回顾了近年来声发射技术在气固两相流检测中的研究成果，包括气固流化床、循环流化床、气力输送管道等，涉及到流化状态识别、流型转变、颗粒质量流量、颗粒粒径等方面的检测，研究表明：声发射信号对颗粒的运动非常敏感，能够实时准确检测气固两相流动特征。最后展望了基于声发射的气固两相流检测技术的发展方向。     

气相流化床聚乙烯颗粒粒径分布模型的研究

气相法流化床聚乙烯生产过程中,聚乙烯颗粒粒径分布影响聚合速率、脱挥速率、后处理工序生产成本和最终的聚乙烯物性。为预测流化床中聚乙烯的粒径分布,考察各操作变量和动力学参数对粒径分布的影响,运用了质量衡算的方法,在综合分析聚合过程中聚乙烯颗粒的生长、磨损和扬析等行为的基础上,建立了稳态操作时聚乙烯颗粒粒径分布预测模型。模型计算结果表明,当单一粒径催化剂进料时,随着催化剂粒径或是操作气速的增大,聚乙烯粒径分布向大粒径方向偏移,且分布变宽;相比于操作气速,催化剂粒径作用更为显著。同时发现,床层压力和温度对聚乙烯粒径分布的影响很小。在催化剂粒径有分布的情况下,不同粒径催化剂的质量比不但影响树脂的平均粒径,而且也影响树脂的粒径分布曲线,并在一定的配比下会出现双峰颗粒粒径分布曲线。最后,对某聚乙烯厂家的流化床反应器的聚乙烯颗粒粒径分布进行了模拟计算,计算结果与实验数据基本一致,说明该模型较好反映了气相流化床反应器的反应历程和规律,具有良好的工业应用前景。     

基于HHT法的流化床内生物质和石英砂双组分颗粒压差脉动信号分析

采用Hilbert-Huang变换方法对流化床内的压差脉动信号进行分析,研究了不同工况下生物质和石英砂双组分颗粒的流动特征。在生物质质量分数为2%情况下对不同气速下压差脉动信号进行边际谱和能量分析,发现压差脉动信号频率主要集中在低频段(0～4 Hz),随气速的增加各阶IMF能量逐渐从高频段向中频段转移;在气速为1.01 m·s^-1情况下对不同生物质质量分数下的压差脉动信号进行能量分析,发现随生物质质量分数增加各阶 IMF能量逐渐从中频段向高频段转移;并借助高速摄影仪对流化床内的颗粒流动状态进行研究分析。结果为进一步研究流化床内气固两相流知识提供一定的理论依据。     

狭缝式矩型喷动床中多粒度颗粒体系的最小喷动速度

在150 mm×50 mm×1100 mm的矩形喷动床中,采用宽度为2, 4, 6 mm 的3种狭缝式气体分布板,研究了单一粒度组成和多粒度组成玻璃珠的最小喷动速度. 实验证明,矩形喷动床的最小喷动速度与物料的粒度和组成有关. 给出了最小喷动速度与颗粒粒径和粒度组成的关联式,作出了多粒度组成颗粒体系最小喷动速度的相图.     

Monitoring the fluidized bed reactor for polyethylene polymerization based on fibre optic acoustic emission sensor

This paper presents applications of a new class of fibre optic acoustic emission (FOAE) sensor to monitor the operation of fluidized bed reactors used in polyethylene production. Specifically, the sensor was implemented to detect undesired, abnormal phenomena related to particle agglomeration, wall sheeting, fine overflow, and variations in the superficial gas velocity. The experiments were executed using a fluidized bed cold model setup for polyethylene powders with average particle sizes of 250, 1000, and 2000 μm. The results demonstrated that the presence of agglomerated particles in the fluidized bed reactor increases the kurtosis of the acoustic emission (AE) signal. Furthermore, the overflow of small particles can be detected by mounting the FOAE sensor below the gas distributor plate and monitoring an increase in the root mean square (RMS) of the AE signal. The AE signal RMS increased with the rising superficial gas velocity. Besides, forming a sheet layer on the reactor wall decreased the AE signal RMS. The proposed sensor's main benefits are its simple design, rapid response to abnormal conditions in the fluidized bed reactor, immunity against electromagnetic noise, high-temperature resistance, and safety in hazardous areas.     

气固流化床气泡发生频率的研究

在单孔二维气固流化床中(292mm×16mm)用高灵敏度电容探针研究气泡发生频率.以频谱分析仪分析气泡频率分布曲线.考察了一系列参数对气泡频率功率分布密度曲线的影响,其中包括颗粒直径(0.105—0.590mm),颗粒重度(590—2990kg/m~3),颗粒最小流化速度(0.0072—0.481m/s),床层初始高度(205—565mm),探针离孔口垂直距离,孔口气体流率(0.5—35×10~(-4)m~3/s)以及床层辅助流化气速(0—3倍最小流化速度)等.对于重度低的小颗粒流化床,单孔气泡发生频率符合Davidson和Harrison早先推导的模型.随着颗粒直径和重度的增大,实验数据与上述模型呈有规律的偏差.本文提出气体从形成中气泡的顶半球以最小流化速度值向乳浊相泄漏的模型,推导了气泡发生频率的基本方程.以本研究的泄漏模型,用数值计算方法在计算机上计算的气泡发生频率与实验数据相吻合.     

Experiments on particle cluster behaviors in a fast fluidized bed

A three-dimensional (3D) fast fluidized bed with the riser of 3.0 m in height and 0.1 m in inner diameter was established to experimentally study the cluster behaviors ofGeldart B particles.Five kinds of quartz sand particles (dp =0.100,0.139,0.177,0.250 and 0.375 mm and ρp =2480 kg·m-3) were respectively investigated,with the total mass of the bed material kept as 10 kg.The superficial gas velocity in the riser ranges from 2.486 to 5.594 m·s-1 and the solid mass flux alters from 30 to 70 kg· (m 2· s)-1.Cluster characteristics and evolutionary processes in the different positions of the riser were captured by the cluster visualization systems and analyzed by the self-developed binary image processing.The results found four typical cluster structures in the riser,i.e.,the macro stripe-shaped cluster,saddle-shaped cluster,U-shaped cluster and the micro cluster.The increasing superficial gas velocity and particle sizes result in the increasing average cluster size and the decreasing cluster time fraction,while the solid mass flux in the riser have the reverse influences on the cluster size and time fraction.Additionally,clusters in the upper region of the riser often have the larger size and time fraction than that in the lower region.All these effects of operating conditions on clusters become less obvious when particle size is less than 0.100 mm.     

Effect of microbubbles and particle size on the particle collection in the column flotation

Particle-bubble collection characteristics from microbubble behavior in column flotation have been studied theoretically and experimentally. A flotation model taking into account particle collection has been developed by particle-bubble collision followed by the particle sliding over the bubble during which attachment may occur. Bubble size and bubble swarm velocity were measured as a function of frother dosage and superficial gas velocity to estimate the collision and collection efficiency. Separation tests were carried out to compare with theoretical particle recovery. Fly ash particles in the size range of <38, 38-75, 75-125, >125 mm were used as separation test particles. Theoretical collision and collection efficiencies were estimated by experimental data on the bubble behavior such as bubble size, gas holdup and bubble swarm velocity. Collection efficiency improved with an increase of the bubble size and particle size but decreased in the particle size up to 52 mm. Also, flotation rate constants were estimated to predict the optimum separation condition. From the theoretical results on the flotation rate constant, optimum separation condition was estimated as bubble size of 0.3-0.4 mm and superficial gas velocity of 1.5-2.0 cm/s. A decrease of bubble size improved the collection efficiency but did not improve particle recovery.     

高长径比三相内环流反应器中相含率的分布研究

在长径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,根据无因次准数建立了气含率、固含率的预测模型,考察了在不同粒径下上升区气含率、下降区气含率和上升区固含率、下降区固含率随表观气速的变化规律和不同固体体积分数下轴向固含率的分布情况。结果表明：不同粒径下上升区和下降区气含率均随表观气速的增大而增大;当粒径（ds）≤0．3mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加,当0．3mm〈d。≤1．2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势,下降区固含率随表观气速的增加而下降;不同固体体积分数下的固体颗粒的固含率随着轴向高度的增大而变化平缓,能够均匀的分布在反应器中;气含率和固含率的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6．32％、4．56％。     

方形气固流化床确定合理采集参数的试验研究

针对368mm×368mm的方形流化床,采用FCC颗粒,利用光纤探头,通过对不同采集频率、采集时间下所获得的压力梯度、局部颗粒浓度和局部颗粒速度的波动特征数据进行对比分析。研究表明,相同采集时间(t=13.2s)和相同表观气速下,采集频率(10～50kHz)对局部颗粒浓度和速度的测试结果无直接影响;而相同采集频率(50kHz)和相同表观气速下,采集时间为13.2s时显示数据最光滑。     

大颗粒流化床中颗粒磨蚀的实验研究

为了进一步丰富和发展大颗粒流态化理论,促进其在水泥煅烧领域的应用,实验通过1个三维流化床试验台研究了大颗粒流化床中颗粒的破损方式为磨蚀,即颗粒在流化过程中表面磨碎后生成细粉,颗粒自身的粒径逐渐变小。实验表明,颗粒粒径、风速以及流化时间对大颗粒流化床中颗粒的磨蚀影响较大,静床高对磨蚀几乎没有影响。最后提出了大颗粒流化床合适的控制参数:粒径范围4—7 mm,表观风速1.3um f—1.6um f,静床高H0/D<2。     

导流筒分布器位置对环隙气升式气固环流反应器流体力学性能的影响

环流反应器的研究绝大多数都局限于气液、气液固系统,涉及气固环流反应器的研究较为稀少,且大多针对气升式气固环流反应器和喷动床。本文研究了一种处理A类粒子的环隙气升式气固环流反应器,考察了操作条件和导流筒分布器位置对床层密度分布、环流速度和质量流率的影响。发现将分布器位置下移后可以有效地改善区域的流化质量、减小滑移区,床层密度沿径向的分布得到了明显改善,颗粒环流质量流率有了明显提高;进气位置以上r/R<0.367的床层得到了良好的流化,但是0.367相似文献