[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

摘要

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。

主权项

1.一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；所述测量方法包括以下步骤：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Ei在管道截面(x,y)位置处的动态空间电荷灵敏度：Si(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，其中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(1)中：Qi为传感器电极Ei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：式(2)中，i为传感器电极数目；N为电荷成像像素点；SiN表示传感器电极Ei在第N个电荷成像像素点位置处的电荷灵敏度；GN表示第N个电荷成像像素点位置处的电荷分布；式(2)可简写成：Q＝S·G                   (3)步骤三：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出电容信号结合层析成像法重建管道双截面颗粒浓度分布ε1(x,y)和ε2(x,y)，将ε1(x,y)和ε2(x,y)进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒浓度最优分布εo(x,y)；步骤四：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出静电信号结合互相关法得到颗粒局部速度，利用双截面颗粒浓度分布结合图像互相关算法得到颗粒速度分布，之后将颗粒局部速度和速度分布进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒速度最优分布vo(x,y)；步骤五：将εo(x,y)和vo(x,y)作为先验信息，实时更新传感器的动态空间电荷灵敏度，得到Si(x,y,εo(x,y),vo(x,y))，其矩阵形式为So；步骤六：将传感器电极上的感应电荷Q作为投影数据，结合实时更新后的So，利用线性反投影算法得到管道截面的电荷分布：式中，SoT为So的转置矩阵。