网状静电传感器弯管处颗粒速度与浓度的测量

为了对气力输送管道进行实时监控,并且提高炉膛内的燃烧效率,需要对气力输送管道中颗粒的速度与浓度分布进行测量。采用一种网状结构的静电传感器测量气力输送管道弯管处的颗粒速度与浓度分布。为了研究传感器的特性,首先建立了网状静电传感器的有限元模型。根据有限元仿真结果,优化网状静电传感器的设计,使其拥有更高更均匀的灵敏度分布,在实验室规模颗粒流实验平台上进行了实验研究。通过对上下游平面对应位置网状电极所得静电信号进行互相关运算,可以估测颗粒的轴向速度分布;通过对同一平面网状电极静电信号的均方根值进行重建,可以得到固体颗粒的相对浓度分布。实验研究表明,该网状静电传感器可以用来测量气力输送管道弯管处颗粒速度与浓度分布。     

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。     

尾气静电传感器空间滤波特性研究

对尾气静电传感器空间灵敏度的分布图进行拟合获得静电传感器空间灵敏度分布函数;然后使用求得的空间灵敏度分布函数对荷电颗粒的静电场进行加权平均,得出函数绘制出尾气静电传感器的空间频谱分布图。整理得出频率响应特性表达式,分析出探极频率响应特性影响因素,为研究尾气静电传感器的动态特性奠定了基础。     

发动机气路环形静电传感器的传感性能研究

对航空发动机进气道静电监测原理进行分析,定义进气道环形静电传感器的空间灵敏度并建立环形探极的物理感应模型。针对出空间灵敏度难以度量的问题,利用ANSYS有限元分析工具对实验用进气道静电传感器感应情况进行仿真,进一步通过仿真数据分析环状静电传感器空间灵敏度的影响参数,并利用曲线拟合方法得到环状静电传感器空间灵敏度的分布函数。基于空间灵敏度分布函数和仿真数据对进气道静电传感器频率响应特性函数进行分析;利用静电传感器测试台架完成对比速度及空间位置对比实验,实验结果符合环状静电传感器的传感性能仿真分析的数据特性。     

基于阵列式静电传感器的颗粒带电量估计方法

颗粒所处空间位置对静电传感器探极表面的感应电量有重要影响,采用单传感器结构难以准确测量颗粒所带电量。采用平面阵列式传感器求解颗粒所带电量及其空间位置,以解决单传感器结构存在已知量无法满足求解条件的问题。使用COMSOL Multiphysics建立阵列式静电传感器的高保真传感数值模型,结合静电传感器传感模型的理论和方法,通过实验验证所建模型对带电颗粒运动与静电感应过程的有效性。提出一种基于Tikhonov正则化方法的颗粒带电空间分布求解算法,实现单个颗粒所带电量及其空间位置的确定。经仿真与实验验证,颗粒反演带电量与实际带电量误差绝对值低于8%。所提方法可准确反演带电颗粒所带电量及其空间位置。     

航空发动机气路静电传感器优化设计与安装

航空发动机气路静电传感器的结构参数直接影响着传感器的性能。采用有限元的方法,分析了传感器的结构参数对静电传感器特性的影响规律。分析结果表明:增加传感器的感应探极,传感器的灵敏度有所提高,灵敏度分布空间也增大;随着绝缘材料的介电常数增加,灵敏度值有所增加;而绝缘材料厚度的增加将会导致灵敏度下降,且随着轴向位置增加,绝缘层厚度对灵敏度值的影响逐渐减小。对于给定结构参数的传感器,采用数据拟合的方法,获得传感器的灵敏度分布函数,基于拟合系数的变化特点来确定传感器的安装布局;最后通过模拟实验对本文的方法进行了有效性验证。     

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ANSYS的润滑油路静电传感器建模与仿真特性分析北大核心CSCD

静电传感器的感应与监测性能与其特性参数相关,利用理论方法进行数学建模与计算是一种较有效的方法,但模型构建的难度较大。因此,采用基于有限元的建模和仿真研究方法,该方法可以对润滑油路静电传感器结构材质进行设定且无须通过复杂的理论公式推导。仿真结果表明:空间灵敏度在探极感应面中心区域内变化较明显;传感器效率随探极长度与直径比值增大而增大。仿真结果与理论模型计算结果变化趋势相一致,且更精确直观,对后续使用有限元方法研究结构更复杂的静电传感器的性能提供参考。     

金属颗粒的电容式速度测量方法研究

针对金属材料在静电场中呈现出的特殊性,设计了一种用于检测管道中金属颗粒速度的电容式传感器.首先,基于多电极理论建立了电容传感器测量金属物质的数学模型,在此基础上,使用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立了传感器三维仿真模型,并对其空间灵敏度分布特性进行了分析.然后,基于该传感器的空间滤波效应对金属颗...     

基于自适应滤波的气/固两相流固体颗粒速度测量方法

本文把自适应滤波应用于气固两相流固体颗粒速度测量。对安装于方形气力输送管道上的静电传感器输出信号,采用自适应滤波计算流动噪声在上下游静电传感器间的渡越时间,结合传感器对的安装尺寸,测得管道中固体颗粒的流速。采用自适应时延估计缘于它的诸多优点,基于参数模型估计理论,算法相对简单,对各种统计特性的信号和干扰噪声适应性强,能在较强的干扰背景下获得较好的时延估计。为验证理论的可行性,分别利用仿真信号和方形管道实验平台的实测信号进行了实验,结果表明自适应滤波适用于气力输送管道中固体颗粒的速度测量。     

静电传感器对滑油系统磨粒 电量测量方法研究

根据静电感应原理,磨粒出现在空间不同位置时,静电传感器电极感应到的电荷量相差很大,由于磨粒出现的位置是未知的,因此很难精确测量磨粒的带电量。借助数学模型,对传感器输出信号与磨粒的关系进行仿真分析。由仿真结果可知,信号的幅值与磨粒携带的电荷量以及磨粒在传感器中所处的径向位置有关;而在已知管道中滑油流速分布的情况下,脉冲宽度只与径向位置有关。提出了通过脉冲宽度确定磨粒所处的径向位置,根据传感器在该径向位置处的灵敏度获得比较准确的磨粒带电量的测量方法。通过带电油滴模拟磨粒,对该方法进行实验验证,实验结果与仿真分析结果基本重合,该方法的测量结果与通过静电计测得的结果相比,误差不超过5%。     

Characteristics analysis and experiment verification of electrostatic sensor for aero-engine exhaust gas monitoring

An electrostatic sensor is a critical component of the electrostatic monitoring system for an aero-engine gas path. In this paper, the basic principles of the electrostatic sensor are described and the materials selection process for sensor electrodes and an isolation medium is introduced. The finite element method was adopted to calculate the sensitivity distribution, and the influence of relevant structural parameters on the sensitivity distribution characteristic is analyzed. The data fitting method was employed to acquire the unified spatial sensitivity distribution functions for a given structure sensor, which provides a useful reference for the sensor’s installation location. Based on the unified function, the sensitivity distribution function along the particle moving direction and the frequency characteristic of the electrostatic sensor were acquired. Then the corresponding influence factors of the frequency properties were analyzed. An experiment platform was established to verify the model and the theoretical analysis results. Then, simulated experiments were applied to verify the feasibility and validity of the electrostatic sensor, and the experiment results provided a useful reference for the identification of abnormal particles as a characteristic of aero-engine faults.     

Investigation of two-phase flow mixing mechanism of a swirl burner using an electrostatic sensor array system

A novel electrostatic sensor array was designed to measure particle concentration downstream of a swirl burner. The fundamental mechanism and the primary constituent elements of the sensor array were described. The root-mean-square magnitude of the measured electrostatic voltage was determined as an indication of the particle concentration. The accuracy of the electrostatic sensor array was calibrated by the optical fluctuation method. Local particle concentrations at different cross-sections of the measuring chamber were measured to investigate the diffusion characteristic of the pulverized coal particles. Electrostatic sensor array showed its ability in the field measurement in this work. The measurements indicated that the velocity of the inner secondary air had a significant effect on the diffusion of the pulverized coal particles. The particles concentrated in the center of the cross-section after leaving the burner. With the development of the gas–solid two-phase flow, the particles distributed like a ring shape. The radius of the particle ring increased with the increase of the velocity of the inner secondary air. But the effect of the velocity of outer secondary air on the radius of the particle ring is very slight. The maximum radius occurred when the velocity of inner secondary air was 21 m/s, which was favorable for stable combustion.     

一种新型电容式空隙率传感器仿真研究

该文提出了一种侵入式多环套状结构电极的电容传感器,并研究它对气液两相流空隙率测量的可行性。通过建立多环套状电容传感器装置的有限元仿真数学模型,运用ANSYS软件对电容传感器有限元模型进行了二维静电场仿真。其分析了极板间的电位分布,计算不同相分布下传感器的电容及变化量,分析空隙率的设定值与仿真值对比结果,并以层流和环流为例比较并分析传感器的灵敏度以及受流型的影响。仿真结果表明,多环套状电极结构电容传感器可运用于两相流的空隙率测量技术上,为多环套状电极结构电容传感器的设计提供了部分理论依据。     

基于 C 4 D 技术的非满管液体流速测量方法研究

为满足目前小型化设备中液体流速测量的需求,通过将空间滤波测速与电容耦合非接触电导测量(C~4D)技术相结合,提出了一种适用于非满管液体流速测量的新方法。设计了一种轴向两电极结构的C~4D传感器,采用COMSOL仿真软件建立了传感器的三维仿真模型,并对其空间灵敏度分布特性进行了分析,然后基于该传感器的空间滤波效应对液体流速测量原理进行了理论推导,并采用等效峰值频率的方法得到了速度测量的数学表达式;在此基础上,设计了一套可适用于空间滤波的C~4D液体流速测量系统,并通过该测量系统验证了C~4D传感器具有良好的空间滤波效应,且实验结果表明,该测量方法具有良好的可行性,在1.39～2.35 m/s的速度范围内,测量速度的绝对误差均在5%以内。     

Spatial filtering characteristics of electrostatic sensor matrix for local velocity measurement of pneumatically conveyed particles

The accuracy of local particle mean velocity measurement with spatial filtering method based on an electrostatic sensor matrix (ESM) is closely related to its sensitivity and spatial filtering characteristics. In this paper, the three-dimensional electrostatic field generated by a point charge in the sensing zone of the ESM is solved by using a finite element method to obtain the spatial sensitivity distributions of the ESM. Further a dimensionless calculation model for the sensitivity of the ESM is suggested based on a Cosine function. The numerical results demonstrate that the spatial sensitivity has a periodic distribution along the axial direction and its spatial periodicity is determined by the axial spacing between two adjacent electrodes. The sensitivity over the central cross-section is localized. The spatial filtering characteristics of the ESM are also investigated and verified by experiments on a gravity-fed rig. These results provide a basis for the optimized design of the ESM.