基于超声法的气固两相流浓度测量研究

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准确获取气固两相流的相关参数对于研究两相流动规律和保障工业生产安全高效运行具有重要意义。超声法在穿透性、易用性、稳定性等方面表现出独特优势,可广泛应用于工业气力输送装置和对环境有较高要求的场合。本文使用超声法对气固两相流的浓度测量进行了研究。  第一,对颗粒的声衰减特性进行了仿真分析。超声波在两相介质中传播时,会与颗粒发生相互作用造成声波能量的变化,在不同的条件下获取的声波能量往往不同。为了对该变化规律进行研究,本文使用有限元软件COMSOL完成仿真模型的创建,并结合有限元理论对模型作出相应简化。仿真发现,在相同条件下接收信号随着颗粒粒径和发射频率的增大而减小,但发射频率对接收信号的影响较大。仿真给出了超声法测量气固两相流的最佳发射频率范围,这为实际测量选取超声波传感器提供了理论依据和指导建议。  第二,对超声法气固两相流测量系统进行方案设计并完成硬件实现。该测量系统由硬件部分和软件部分组成,其中硬件部分包括STM32最小系统、超声波传感器、超声波发射电路、数据接收电路、外围接口电路等;软件部分主要针对超声波发射程序和数据接收子程序进行流程设计。  第三,针对气固两相流体的超声检测原理,结合ECAH理论模型,设计并搭建了一套气固两相流浓度测量实验装置。该装置基于重力完成固体颗粒的输送,在不同的浓度条件下对超声波接收信号进行采集。通过分析实验数据,得出衰减系数和颗粒体积浓度的关系,并对该结果进行实验验证。实验表明,测量值与理论值之间存在一定的误差,但误差基本满足测量要求。
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