基于静电传感器气/固两相流质量流率测量

　　在气/固两相流参数测量设备中,环型静电传感器以其无干扰测量、结构简单、安装方便等优点,具有较强的竞争优势和广阔的应用前景·经过大量实验和理论研究,得出利用静电传感器、神经网络、均方差原理测量固相质量流率的方法[1-3],以及不受流型影响的质量流率测量方法[4]·到目前为止,环型静电传感器的研究还处于实验室阶段,若将环型静电传感器成功应用于工业气/固两相流参数测量,依然需要进行一些理论和实验研究·

　　1　符号说明

　　x(t),y(t)为上、下游传感器测得的信号;a(c)为上(下)游静电传感器;A为传送管道的横截面积;b为静电传感器电极宽度的一半;Cs为管内固体颗粒的阻力系数,与雷诺数Re有关;d为传送管内径;D为传送管外径;ΔEk为动能变化量;fs为固体颗粒磨擦系数;Ff1,Ff2为颗粒与管壁摩擦阻力和空气对固体颗粒的阻力;Fp为空气推力;g为重力加速度;l为固体颗粒从起始点到测量点的距离;L为上、下游传感器间距离;ms为x长度固体颗粒的质量;ΔP为空气和固体颗粒流过传送管时的全部能量损失;ΔPa为空气引起的能量损失;ΔPs为固体颗粒引起的能量损失;ua为气力输送气流速度;u0为气力输送起始点固体颗粒获得的速度;us为测量处固体颗粒的瞬时速度; Wp为动力能量; Wf为阻力做功; Wg为重力势能;τ为相关测得延迟时间;ρa为气力输送空气的密度;ρs为x长度固体颗粒的密度;ρ为x长度固相质量浓度;λs为固体颗粒与传送管壁的摩擦系数·

　　2　固相质量流率

　　气/固两相流在传送过程中,其传送速度和固体颗粒质量流率是两个关键的参数,利用互相关技术(静电传感器完成)可以测量传送速度Vs,固相质量流率是个不易测量的参数·根据Ms(t)=AρsVsβs(t)[3]可得固相质量流率Ms(t),但利用静电传感器准确测量固相质量浓度βs(t)是比较困难的·

　　在气/固两相流参数测量的过程中,可以利用两种传感器分别测量固相质量浓度和速度参数·如:利用测量压差完成固相质量浓度的测量,速度参数是由静电传感器测量得到[5];利用电容传感器测量固相质量浓度[6],静电传感器测量速度参数[2]·然而,J.Coulthard教授是通过实验获得传送速度Vs和固相浓度βs(t)之间关系[3]·

　　本文从流体力学角度按传送方式分别探讨Vs和βs(t)之间的关系·通过环型静电传感器测量Vs和信号均方根值,就可以间接得到βs(t),进而得到Ms(t)·静电传感器如图1所示,1为2 mm宽的铜环电极,2为钢屏蔽体,3为5 mm厚的PVC管,4为静电随机信号引线,5为固定螺栓·计算中,忽略管道中气体对传送固体颗粒的影响·