管道中固体速度的测量现状及发展趋势

　　1　引言

　　随着科学技术的迅速发展,多相流体在国民经济和人类生活中的地位日益重要,特别是在本世纪后半叶,原子能核电站及航天工业的发展,能源工业及石化工业高参数的引入,以及对环境保护的日益重视,极大地促进了多相流及其应用的发展。目前已成为国内外给予极大关注的前沿学科。

　　1.1　两相流动体系存在的普遍性

　　两相流动体系在自然界和工业生产中涉及范围十分广泛。例如,自然界的大漠扬沙,江河中的泥沙俱下,以及空中烟尘弥散、雨雹交浸等都是人类生活有关的两相流现象。在动力、石化、冶金等工业中的各种沸腾管、各式汽液混合器分离器、各种热交换设备、化学反应设备、各式冷凝器中也都存在着两相流现象。在电力、建材、冶金、化工和粮食加工等很多工业生产中,应用管道空气传送工艺来传送煤粉、水泥、矿石、盐类以及面粉等。

　　1.2　两相流问题的复杂性

　　一般说来,在空气传输管道中流动的物体是气固两相流的混合物。然而,科研人员感兴趣的是固相质量流量的测量问题。按照流量测量的观点,空气所传输固体可以看做是单相固体流动。在了解测量技术之前,值得考虑一下在空气传输管道中固体流动的性质,因为这可能影响来自测量仪器数据的准确性。许多因素的存在可能影响固体流量仪器的响应。主要因素被概括如下:

　　(1)不均匀的固体分布

　　在空气传输管道中的固体分布可能是高度不均匀的。这主要取决于管道的方位、测量的位置、加载的状态、空气的传输速度和固体粒子的特性(包括粒子的大小、湿度成分、内聚力和粘着力等)。不均匀分布的一个特别困难的类型是“绳流”。在“绳流”中由于不同的原因大多数移动的粒子主要集中在管道中的相关区域。

　　(2)不规则的速度成象

　　与不均匀分布的固体分布一样,在管道上相关部分的速度分布也不均匀。当加载状态变化较大时,经常出现不规律性的速度分布。水平传送固体颗粒时,在管道底部的浓度可能比上部的大。

　　(3)变化的粒子尺寸

　　粒子尺寸一般从几微米,如在发电厂的煤粉和粮食加工厂的面粉,到几厘米范围内变化,如在采矿厂的矿石。对于一个给定发送系统,粒子的尺寸范围可能是固定的。但是,粒子尺寸大小可能会发生变化,例如:煤粉粒子尺寸的分布主要取决于煤粉粉碎厂的当前工作状态。

　　(4)湿度成分

　　微粒物质可能包含1～30%的水分,这主要取决于物质的来源、储存状态和过程要求。通常,所设计的固体流量仪器是监测排除水分的“干”物质。这意味着固体流量传感器应该是对物质的水分不敏感。