[发明专利]一种水力输送过程中固体流动形态及浓度的检测方法和系统

权利要求书

1.一种水力输送过程中固体流动形态及浓度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在输送管道同一截面外壁周向等间隔设置至少2个声波传感器用于接收输送过程中液固混合物与管道壁面相互作用产生的声波信号；

2)测量输送过程中的混合物流速，并通过声波传感器采集管道不同检测位置的声信号；

3)对采集得到的不同位置的声信号进行预处理降噪；

4)对预处理后的声信号进行分析处理，得到不同位置i的声信号总能量E_i、不同位置的颗粒运动的能量分率f_pi与不同位置声信号的波动分布指数FI_i；

5)按照式(1)计算得到不同位置的颗粒运动能量E_pi；

E_pi＝E_if_pi (1)

6)按照式(2)将不同位置声信号中提取出来的颗粒运动能量按照权重w_i进行加权平均，得到平均颗粒运动能量E_p；

7)按照式(3)计算不同位置颗粒运动混乱程度的差异，即周向波动差D；

式中，FI_Bottom为管道底部颗粒运动的波动分布指数，FI_top为管道顶部颗粒运动的波动分布指数；

8)观察周向波动差D随输送流速的变化关系，判断颗粒的分散状态；

9)按照步骤8)中颗粒分散状态的判断结果，根据不同的分散状态，选用不同的模型参数K、s，并结合平均颗粒运动能量，按照式(4)得到待测输送条件下的固体浓度：

式中，c为待测条件下的固体浓度，E_p为平均颗粒运动能量，v为液固混合物流速，K、s均为模型参数；

参数K、s的获取方式，为：

当通过周向波动差D判断出颗粒处于非均匀分散状态时，K、s通过水力输送实验，根据不同条件下颗粒运动能量随固体浓度和混合物流速的变化规律拟合得到；

当通过周向波动差D判断出颗粒处于均匀分散状态时，K、s通过水力输送实验，根据不同条件下颗粒运动能量随固体浓度和混合物流速的变化规律拟合得到，或者通过基元实验结合理论计算得到；

其中，通过基元实验结合理论计算得到K，具体为：

K＝2(1+μ)ηmTk²tan²αΔA (7)

式(7)中μ为颗粒与壁面的摩擦系数，η为声信号的声压转换系数，m为单个输送颗粒的质量，T为声信号的采样时间，ΔA为声波探头的接收面积，k为输送过程中颗粒速度与混合物流速的比例，α为输送过程中颗粒与管道壁面的碰撞角；

s则表征的是环境噪声的大小，通过将声波探头置于空气中得到。

2.根据权利要求1所述的水力输送过程中固体流动形态及浓度的检测方法，其特征在于：针对一段总长度为n的声信号x_n，所述步骤4)中声信号总能量计算方法如式(5)所示：

3.根据权利要求1所述的水力输送过程中固体流动形态及浓度的检测方法，其特征在于：所述步骤4)中的颗粒运动的能量分率为颗粒运动所对应的频率范围内的信号能量在声信号总能量中的占比。

4.根据权利要求1所述的水力输送过程中固体流动形态及浓度的检测方法，其特征在于：将颗粒运动的能量分率细分为不同粒径范围内颗粒运动所对应的能量分率后，将式(1)中的总颗粒运动能量分率替换为某一粒径范围内的颗粒能量分率，则能检测该粒径范围内的颗粒浓度。

5.根据权利要求1所述的水力输送过程中固体流动形态及浓度的检测方法，其特征在于：所述步骤6)中不同位置声信号加权的权重w_i通过式(6)计算得到，其中β反映颗粒性质，