[发明专利]一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法及测量装置

说明书

本发明属于气固两相流流动检测技术领域，具体涉及一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法：将传感器输出的静电信号作为投影数据，颗粒介质分布和速度分布作为先验信息，结合传感器的动态空间电荷灵敏度，利用图像重建算法反演颗粒荷电分布。本发明还公开了应用上述测量方法的测量装置。本发明提出的颗粒荷电分布测量方法有效解决了目前颗粒荷电分布测量存在的问题，可实现颗粒荷电分布的有效测量。根据本发明可实时有效测量出气力输送两相流颗粒荷电分布。本发明将为探究气固两相流基本流动特性、监控工业生产过程以及预防静电危害提供基础测量方法和手段。

技术领域

本发明属于气固两相流流动检测技术领域，具体涉及一种气力输送两相流颗粒荷电测量方法以及测量装置。

背景技术

气力输送系统广泛应用于电力、化工、制药、冶金等领域。在气力输送过程中，颗粒荷电现象普遍存在。实现颗粒荷电的实时准确测量可有效防止气力输送过程中各种类型的静电放电以及由此引发的火灾和爆炸等事故。对气力输送两相流颗粒荷电检测方法及技术的研究具有重要的科学意义和工业应用价值。

气力输送两相流颗粒荷电测量方法主要有两种，即法拉第筒法和静电探头法。目前，法拉第筒法无法实现颗粒荷电的在线测量。静电探头法与层析成像技术相结合，即为静电层析成像(EST)技术，可实现气力输送两相流的颗粒电荷分布在线测量。目前的EST技术在实际应用中未获得实质性进展，主要存在两个原因：一是EST采用被动式静电传感器，传感机制单一，获取的有效信息较少，导致电荷分布测量分辨率较低、反演精度不高；二是EST传感器探头上的感应电荷不仅取决于传感器内荷电颗粒的带电量，还取决于荷电颗粒的空间位置以及颗粒的速度和浓度等因素，是许多因素综合效应后的结果，若不考虑管内荷电颗粒的这些流动信息，很难从EST探头上的感应电荷中提取出能直接表征颗粒真实荷电量的信息。

发明内容

本发明的目的是针对上述气力输送两相流颗粒荷电检测技术存在的缺点，提供一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量新方法及测量装置，将传感器输出的静电信号作为投影数据，颗粒介质分布和速度分布作为先验信息，结合传感器的动态空间电荷灵敏度，利用图像重建算法反演颗粒荷电分布。该方法充分考虑了管内荷电颗粒的速度及浓度等流动信息，实现颗粒荷电分布的在线、非接触测量。为实现气力输送两相流颗粒荷电的调控和消除、以及揭示颗粒荷电与两相流动的相互作用机制提供必要的测量手段。

本发明的第一个目的是提供一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法，其特征是，所述静电耦合电容双模复用阵列传感器包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电-电容双模复用弧状检测电极分为上下游两组，每组8个均匀周向布置在传感器管道上，上游电极与下游电极相对设置构成双阵列结构；8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置；

测量方法具体步骤为：

步骤一：利用数值模拟和实验相结合的方法获取静电耦合电容双模复用阵列传感器电极E_i在管道截面(x,y)位置处的动态空间电荷灵敏度：S_i(x,y,ε(x,y),v(x,y))，用以表征传感器输出静电信号与颗粒速度、浓度、位置以及携带荷电量之间的定量关系。ε(x,y)为(x,y)位置处的颗粒介质浓度；v(x,y)为(x,y)位置处的颗粒速度。

步骤二：建立颗粒荷电分布测量系统的正向模型：

式中：Q_i为传感器电极E_i上的感应电荷值；G(x,y)为管道截面(x,y)位置处的电荷分布；D表示管道截面区域。

将式(1)转化为矩阵形式：