用压降法测量管内颗粒浓度和风速方法的研究

　　1　前言

　　粉料的气力输送广泛应用于工业领域,如动力、化工、冶金、粮食等部门。其输送过程中颗粒浓度、流率以及气流速度的测量对设备的控制和经济运行很重要。但是由于气固两相流动的复杂性使固相浓度等参数的测量难度极大,国内外许多研究者提出了许多测量固相浓度的方法,如梯度相关法、电容法、激光法、传热法、热平衡法、微波法、辐射法、压降法等[1~14],但因种种原因,能成熟可靠地应用到工程中的并不多,而压降法是一种较为可靠、应用简单、成本较低的方法。纯载气压降由纯载气流速度的动压头与相应阻力系数乘积构成,对于一条气力输送管线,只确定一个两相流压降方程、两相流压降经测量为已知时,方程有两个未知参数———颗粒浓度和气流速度。大多数研究者再附加采用一种测量手段,用它测量出其中一个未知参数———颗粒浓度或气流速度,再由两相流压降方程解出另一未知参数———气流速度或颗粒浓度,即形成了压降法的两大类:浓度—压降法;速度—压降法。浓度—压降法的辅助测量手段可采用电容式浓度传感器直接测量0颗粒浓度,速度—压降法的辅助测量手段通常在粉料混入之前用测速管测出载气流速。但是若在同一管线上选择送粉特性有差异的两段管道可得系数不同的两个压降方程,联立求解可同时得到颗粒浓度和气流速度,则不需要辅助测量手段,这可看成压降法一般的形式,浓度—压降法、速度—压降法可认为是两种特例。本文先给出压降法的原理,并对压降法的不同形式展开分析,给出其测量上的特点及相互间的差别,然后介绍一试验和在线测量系统,进行试验。

　　2　测量原理

　　根据两相流理论,对物料的稀相输送,两相流压降ΔpT由纯空气流动阻力Δpa与输送颗粒的附加流动阻力Δpp两部分组成,即:

　　ΔpT=Δpa+Δpp(1)

　　假设物料气力输送为均匀混合的稀相气固两相流动系统,输送气流为充分发展的湍流,忽略加速、入口以及出口等效应,对水平管,则可得压损比[10]:

　　对稀相流,颗粒浓度(固气质量比):

　　式中　A———管道流通截面积

　　φ———固气速度比

　　k———浓度修正系数

　　ξ———纯空气产生的总阻力系数

　　式中　λa、λp———空气和颗粒引起的沿程摩擦系数

　　ξa、ξp———空气和颗粒引起的局部摩擦系数

　　ρa、ρp———空气密度和颗粒的视在密度,kg/m3

　　ua、up———空气和颗粒平均流动速度,m/s

　　L、D———管道的长度和内径,m

　　纯空气压降可表示: