超声衰减法煤粉浓度测量机理研究

摘要

一次风煤粉浓度关系到电厂锅炉的正常稳定燃烧，对于煤粉浓度的检测目前还没有一个准确且可靠的检测手段，传统的检测手段是通过观察静压差人为调节阀门开度进行调节，但是检测结果误差比较大，因此寻求一种合理的煤粉浓度检测方法是人们亟待解决的事情。超声波具有清洁环保、非接触测量等优点，被人们看作是一种的主要检测方法。但目前超声波在煤粉空气这种气固两相流中的传播情况并没有一个确定的理论，本文围绕超声衰减法对超声波在煤粉空气中的衰减机理进行了研究，首先分析了煤粉浓度检测的国内外研究现状，提出了用超声波衰减法对管道内的煤粉浓度进行测量，介绍了一些关于超声波的基本知识，探讨了声波在单相介质和两相介质中的衰减机制。然后研究了经典的U&A模型、H&T模型和ECAH模型，并针对一次风煤粉输送的情况，选择了ECAH模型和BLBL模型相叠加的检测模型，并对几种模型进行了数值仿真，研究了几种模型的差异。但考虑到经典模型均是从悬浮液和乳浊液中推导得到，在气固混合的条件中不一定适合，因此针对一次风输粉的实际工况，从基本原理出发，利用质量守恒、能量守恒等定律，提出了一个适合煤粉空气两相流的简化的声衰减模型，对其进行数值仿真，结果与前面几种模型结果进行了对比。为了验证哪种模型更加适合输送管道中煤粉浓度检测，搭建了重力给粉实验平台，通过实验研究得出了声衰减与煤粉浓度的关系，并与前面提出的模型进行了对比，发现实验结果与理论模型的趋势一样，但也有差距，对可能造成差距的原因进行了分析。
　　通过研究煤粉浓度超声衰减法的机理，能够看出超声的衰减与煤粉在低浓度条件下呈线性关系，且浓度越大衰减值越大，实验结果也证明了这种线性关系。从中可以看出，机理研究可以为超声法检测煤粉浓度提供理论基础。

目录

声明

1绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2煤粉浓度检测的研究现状

1.3超声法在固相浓度检测中的研究和应用

1.4本文的主要内容及章节安排

2超声波衰减的相关知识

2.1超声波的基本概念

2.2单相介质中的声衰减

2.3两相介质中的声衰减

2.4本章小结

3 超声波检测模型及数值计算

3.1 超声波衰减模型

3.2 适用煤粉浓度检测的模型

3.3 数值仿真及结果分析

3.4本章小结

4超声衰减的简单模型推理

4.1理想流体中刚性不动小球的声衰减

4.2粘性流体中可动刚性小球的声衰减

4.3相间热损失引起的声衰减

4.4空气煤粉混合物的声衰减

4.5本章小结

5平台搭建与实验分析

5.1给粉系统

5.2超声波换能器的参数和摆放位置分析

5.3信号发生器

5.4 信号采集设备

5.5 超声波检测过程

5.6衰减计算公式

5.7浓度计算公式

5.8 实验结果及分析

5.9本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢