一种新型气固两相流流动参数测量方法研究

气固两相流被广泛应用于高炉煤粉喷吹的气力输送过程,通常采用电容法对气固两相流相浓度进行测量。现有电容式相浓度测量方法中,以固相介质介电常数不变为前提,当固相介质介电常数发生变化时,容易引起较大的测量误差,需要对固相介质介电常数变化进行补偿。同时,电容法相浓度测量受管道流型影响较大,需要补偿由于流型变化所引起的相浓度测量误差。本文以竖直管道气力输送过程为研究背景,以有限元分析软件ANSYS、流体分析软件FLUENT为研究平台,以电容式相浓度传感器为研究对象,以数值模拟仿真及物理实验验证为研究方法,对具有固相介质介电常数补偿功能的相浓度测量方法进行了研究,对竖直管道气固两相流流型进行了分析,对竖直管道紊流装置进行了设计和优化。本文的主要工作如下:(1)通过查阅文献及相关资料,对现有气固两相流相浓度测量方法进行分析,研究固相介质介电常数变化的补偿方法,并基于此补偿方法建立新型气固两相流电容式相浓度测量系统;(2)基于有限元分析软件ANSYS,研究一对平行表面极板,螺旋极板等不同结构形式电容传感器在固相介质介电常数及体积分数变化时的输出,对电容传感器的输出与等效介电常数的关系进行拟合;(3)对平行-螺旋极板,平行-组合极板等不同结构形式电容传感器组合在不同介质介电常数情况下的输出进行数值模拟,获得具有最佳介电常数补偿效果的电容传感器组合形式、结构及尺寸;(4)分析竖直管道中的气力输送系统中气固两相流的特点,基于计算流体力学软件FLUENT对竖直管道内气固两相流进行建模及数值模拟:(5)考虑颗粒与流体间耦合作用,编写气固相间曳力函数至FLUENT,考虑DPM(Discrete Particle Model)模型及欧拉-欧拉双流体模型的选择,实现竖直管道中气固两相流三维流动过程的数值模拟,并初步研究竖直管道中不同流型下的电容传感器输出特性;(6)分析具有不同结构尺寸的紊流装置对于气固两相流流动状态影响,基于控制变量法及正交试验法对竖直管道紊流装置进行优化,并研究传感器优化布设位置;(7)实验室条件下搭建基于这种新型固相介质体积浓度测量系统的物理实验平台,对此种新型测量系统的可行性进行验证。本文提出了一种新型的具有补偿固相介质介电常数功能的电容式气固两相流相浓度测量方法,研究了竖直管道内的气固两相流流动情况,设计并优化了竖直管道紊流装置。基于搭载有新型测量系统的物理实验平台进行验证性实验,使用新方法的测量误差补偿指标均高于30%。

浓度测量; 介电常数补偿; 紊流装置; 数值模拟; 密相气力输送;

王玉涛;

O359

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