[发明专利]气固两相流流动参数测量方法、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种气固两相流流动参数测量方法、电子设备及存储介质，其中气固两相流流动参数测量方法包括：获取待测区域电容向量，重建出待测区域的实介电常数分布；基于重建出的实介电常数分布，在假设颗粒水分的情况下，得到颗粒浓度分布与颗粒水分；基于颗粒浓度分布与颗粒水分，得到微波频段测量区域的复介电常数分布情况；计算复介电常数分布情况下微波的衰减情况；设定对比值，根据计算得到的复介电常数分布情况下微波的衰减与实际测量得到的微波衰减的对比，修正假设的颗粒水分满足对比值；将满足对比值的颗粒水分作为最终的颗粒水分。本发明提出的电容层析成像与微波法融合的测量方法，提升了测量精度与测量范围。

技术领域

本发明涉及气固两相流测量技术领域，具体一种测量气固两相流流动参数的方法。

背景技术

气固两相流主要是气相和固相的混合，是常见的多相流体系之一。在各种工业生产及机械制造中，气固两相流广泛存在。如制药行业中药物生产的粉碎、混合、干燥、制粒、包衣及压片等过程都在流化床中进行，该过程就是气固两相流的流动过程。与此同时，气固两相流在能源与化工行业也存在着广泛的应用，如燃气工业中煤炭的气化等也是典型的气固两相流应用。伴随着气固两相流的广泛应用，对气固两相流流动参数的测量需求应运而生。而浓度参数就是气固两相流最重要的流动参数之一。浓度一方面包含了重要的流动规律，对气固两相流流动机理的研究极为关键；另外一方面浓度参数可以反映生产制造过程中物料的状况，对监测生产过程，掌握制造流程，提高生产效率等有着重要意义。因此随着对气固两相流研究的不断深入和工程实际中对测量需求的快速增长，探索准确、实时、非接触式气固两相流颗粒浓度参数的在线测量方法与技术已经成为最为重要研究课题之一。

对于气固两相流浓度参数测量而言，除了需要考虑颗粒相浓度分布之外，还应考虑颗粒物性变化带来的影响。在生产过程中，颗粒物性的改变主要表现为颗粒水分含量的变化，这与过程系统的运行状况密切相关。例如在煤气化的煤粉浓相输送过程中，煤粉水分含量需要控制在合适的范围内，从而提高煤粉系统的操作弹性的，同时节能降耗，增加效益。此外，在一些粉体颗粒的加湿和干燥过程中水分含量也呈动态变化，水分的变化会改变颗粒黏性力和附着力，严重影响气固流动特性。另一方面，现有的测量方法一般都是基于“干”物料而言的，即颗粒属性保持不变，忽略了颗粒水分变化的影响，导致现有仪器的测量准确度不高，适用的测量环境也受到限制。因此，研究颗粒物性变化，尤其是颗粒水分动态变化过程中的气固两相流动浓度分布测量方法与技术具有重要的理论意义和应用价值。

电容层析成像(ECT)和微波法都是可以用于气固两相流浓度参数测量的方法，且都会受到颗粒水分的影响，它们具有非接触、频带宽、抗干扰、结构简单、操作方便和成本低等独特优势，在气固两相流流动参数的测量中拥有巨大的应用前景。

电容层析成像(ECT)是由电容法与层析成像法相结合形成的测量方法。电容法的基本原理是，不同的物质会表现出不同的介电常数，且同一物质在不同浓度下的等效介电常数也不同，因此使用电容传感器测量时会得到不同的电容值。基于此原理，可以实现对气固两相流浓度参数的测量。过程层析成像原理是利用某种激励源在被测对象外部获得投影数据，再通过一定的数学重建方法，重建被测对象的内部特征。因此，电容层析成像技术(ECT)通过上述两种方法的结合，构建介电常数分布与电容向量之间的关系，根据测得的电容值重建出介电常数分布。当测量对象水分确定时，可以根据介电常数的分布情况重建出介质分布；而当测量对象的浓度分布确定时，则可以反算出测量对象水分。但若测量对象水分与浓度均动态变化时，则无法重建出测量对象的浓度分布，因此电容层析成像面对颗粒物性(水分)变化的测量对象有较大的局限性，需要与其他测量方法的融合测量解决这一问题。

微波法的原理是当微波穿过颗粒时，会产生散射和吸收作用。而水在特定微波频段介电常数的虚部很大，损耗电场能量的能力很强，因此当微波穿越时衰减严重，表现为对水分的高敏感性。所以当颗粒浓度确定或测量对象为静态对象时，微波常用来测量水分；而当颗粒水分已知时，通过微波的衰减可以得到颗粒浓度信息。