本發(fā)明屬于氣固兩相流檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
：，特別涉及一種水平管道氣力輸送最小壓降速度判定方法。
背景技術(shù)：
：：氣力輸送在工業(yè)領(lǐng)域和生活領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。最小壓降速度是氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，是維持輸送穩(wěn)定性的最小邊界條件[1]。由于管道內(nèi)部伴隨著顆粒-氣體、顆粒-顆粒以及顆粒-管壁間的相互作用，使得氣力輸送過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的湍流過(guò)程[2]?，F(xiàn)有的模型[3-5]都是基于經(jīng)驗(yàn)公式得出的，這些模型僅僅適用于研究者自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不具有移植性。此外，管道內(nèi)的壓力信號(hào)是隨時(shí)間變化的，而當(dāng)前的模型都是基于靜態(tài)壓降值。通過(guò)分析最小壓降速度附近不同流型所具有的不同特性可以間接判定最小壓降速度。huili運(yùn)用小波多分辨率分析方法研究發(fā)現(xiàn)，懸浮態(tài)時(shí)較大的均方根出現(xiàn)在信號(hào)高頻部分，而非懸浮態(tài)時(shí)較大的均方根出現(xiàn)在信號(hào)的低頻部分[6]。klinzing運(yùn)用能量譜方法對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行分析，得出懸浮流時(shí)壓力信號(hào)具有很高的頻率和較低的幅值，而層流時(shí)主要的頻率出現(xiàn)在0hz附近并具有很大的幅值[7]。這些方法為最小壓降速度的準(zhǔn)確判定提供了可能，但是壓力波動(dòng)信號(hào)主要體現(xiàn)了取壓部位管道的整體狀態(tài)，對(duì)于水平管道，由于重力作用，在最小壓降速度附近不同的流型條件，會(huì)在管道截面不同區(qū)域產(chǎn)生不同流動(dòng)狀態(tài)，它們的關(guān)系特征可能為最小壓降速度的確定提供更加可靠的依據(jù)。非侵入式靜電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于氣固兩相流的檢測(cè)中[8-10]。如何處理和分析靜電信號(hào)，并有效地判定氣固兩相流最小壓降速度，給靜電檢測(cè)提出了新的挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)[1]jamaga,klinzingge,rizkf.aninvestigationoftheprevailingflowpatternsandpressurefluctuationnearthepressureminimumandunstableconveyingzoneofpneumatictransportsystems[j].powdertechnology,2000,112(1/2):87-93.[2]herbreteauc,bouardr.experimentalstudyofparameterswhichinfluencetheenergyminimuminhorizontalgas—solidconveying[j].powdertechnology,2000,112(3):213-220.[3]r.d.marcus,l.s.leung,g.e.klinzing,etal.pneumaticconveyingofsolids:atheoreticalandpracticalapproach[j].dryingtechnology,1993,11(4):859-860.[4]dhodapkarsv,klinzingge.pressurefluctuationsinpneumaticconveyingsystems[j].powdertechnology,1993,74(2):179-195..[5]m.g.jones,k.c.williams.solidsfrictionfactorsforfluidizeddense-phaseconveying[j].particulatescience&technology,2003,21(1):45-56.[6]huil.applicationofwaveletmulti-resolutionanalysistopressurefluctuationsofgas–solidtwo-phaseflowinahorizontalpipe[j].powdertechnology,2002,125(125):61-73.[7]gregorya.jama,georgee.klinzing,faridrizk.analysisofunstablebehaviorofpneumaticconveyingsystems[j].particulatescience&technology,1999,17(1):43-68.[8]maj,yany.designandevaluationofelectrostaticsensorsforthemeasurementofvelocityofpneumaticallyconveyedsolids[j].flowmeasurement&instrumentation,2000,11(3):195-204.[9]zhangw,wangc,wangy.parameterselectionincross-correlation-basedvelocimetryusingcircularelectrostaticsensors[j].instrumentation&measurementieeetransactionson,2010,59(5):1268-1275.[10]xuc,zhoub,yangd,etal.velocitymeasurementofpneumaticallyconveyedsolidparticlesusinganelectrostaticsensor[j].measurementscience&technology,2008,19(2):211-218.技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種基于靜電信號(hào)近似熵的4電極靜電傳感器水平管道氣力輸送最小壓降速度判定方法。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種基于靜電信號(hào)近似熵的最小壓降速度判定方法，用于測(cè)量水平管道內(nèi)氣固兩相流的最小壓降速度，所采用的檢測(cè)裝置由四電極靜電傳感器、四個(gè)同樣的調(diào)理電路、一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊以及上位機(jī)組成。4電極靜電傳感器包括固定于水平管道內(nèi)部的4個(gè)弧形電極，以1-4的數(shù)字標(biāo)記，依次固定于管道截面圓周上側(cè)、右側(cè)、下側(cè)和左側(cè)，每個(gè)弧形電極連接一個(gè)調(diào)理電路；經(jīng)過(guò)調(diào)理電路的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊輸入到上位機(jī)分析處理，氣力輸送最小壓降速度的檢測(cè)步驟如下：(1)在不同固相質(zhì)量流量條件下，采集不同表觀氣速對(duì)應(yīng)的四個(gè)電極的靜電信號(hào)，利用小波變換對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除高頻噪聲信號(hào)；(2)對(duì)于經(jīng)過(guò)濾波處理的四個(gè)電極的靜電信號(hào)，分別計(jì)算各自的近似熵值，1～4號(hào)電極分別對(duì)應(yīng)近似熵值e1，e2，e3和e4；(3)對(duì)1，2和4號(hào)三個(gè)電極對(duì)應(yīng)的近似熵值求平均emean；(4)計(jì)算emean與3號(hào)電極對(duì)應(yīng)的近似熵值e3的相對(duì)差值，記為相對(duì)近似熵ed，ed最大時(shí)對(duì)應(yīng)的表觀氣速為最小壓降速度。附圖說(shuō)明圖1、水平管道氣力輸送最小壓降檢測(cè)系統(tǒng)示意圖；圖2、四電極靜電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、基于近似熵的氣力輸送最小壓降速度檢測(cè)流程圖；附圖標(biāo)記如下：1、水平管道；2、左側(cè)電極；3、上側(cè)電極；4、右側(cè)電極；5、下側(cè)電極；6調(diào)理電路；7、數(shù)據(jù)采集模塊；8、絕緣層；9、弧形電極組；10、法蘭具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。參見圖1，檢測(cè)裝置包括一個(gè)4電極靜電傳感器2-5、四個(gè)同樣的調(diào)理電路6、一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊7以及上位機(jī)組成。參見圖2，靜電傳感器由管道絕緣層8、弧形電級(jí)組9、屏蔽管壁1以及法蘭10組成；傳感器內(nèi)徑為50mm，在電極截面中，各有4個(gè)弧形電極，以1-4的數(shù)字標(biāo)記，分別安裝于管道截面圓周上側(cè)、右側(cè)、下側(cè)和左側(cè)，電極寬度為6mm，弧度為60度；信號(hào)調(diào)理電路用于將靜電傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波放大；經(jīng)過(guò)調(diào)理電路的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊輸入到上位機(jī)分析處理；上位機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)算處理采集到的4路信號(hào)。最小壓降速度的的判定步驟如下：(1)利用小波變換對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行濾波處理在不同固相質(zhì)量流量條件下，采集不同表觀氣速對(duì)應(yīng)的4個(gè)電極的靜電信號(hào)。利用小波變換對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，采用“db3”小波基對(duì)靜電信號(hào)進(jìn)行4層分解，并重構(gòu)1000hz以下的信號(hào)，從而濾除1000hz以上的噪聲信號(hào)。(2)計(jì)算四個(gè)電極的靜電信號(hào)的近似熵值分別計(jì)算四個(gè)電極的靜電信號(hào)的近似熵值，1～4號(hào)電極分別對(duì)應(yīng)近似熵值e1，e2，e3和e4。取一段長(zhǎng)度為n的靜電信號(hào)數(shù)據(jù){x(i)}，重構(gòu)成m維的信號(hào)(一般m選擇2)，其矢量y(i)表示為y(i)＝{x(i),x(i+1),x(i+2),…,x(i+m-1)}1≤i≤n-m+1(1)式中，m被稱作窗口長(zhǎng)度。d[y(i),y(j)]定義為各個(gè)矢量間的最大距離，即為對(duì)單個(gè)矢量序列{y(i)}(i≤n-m+1)，定義式中，b[y(j)|d[y(i),y(j)]≤r的y(j)的數(shù)目(r一般選擇0.1～0.2倍信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差)；表示的是在窗口長(zhǎng)度為m、容許偏差為r的情況下，以y(i)為中心，d[y(i),y(j)]小于r的概率，這樣就表示了全部y(j)(j≠i)與y(i)的關(guān)聯(lián)程度，也即表示序列{y(j)}規(guī)律性的程度。令式中，φm(r)表示序列{y(j)}的平均自相關(guān)程度。m越大，相空間的狀態(tài)點(diǎn)就越稀，對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)機(jī)會(huì)越小，因而和φm(r)都隨m的增大而減小，對(duì)φm(r)的偏差可以使用下式來(lái)表示：對(duì)不同的信號(hào)，式(5)的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)很大的差別。白噪聲均勻的充滿相空間的各維，不大，但是φm很小，隨m增大，φm(r)-φm+1(r)→∞。但對(duì)于規(guī)則的信號(hào)，當(dāng)m增大到一定的程度后，φm(r)不在隨m的增大而增大，接近于0。因而φm(r)-φm+1(r)可以刻畫系統(tǒng)的隨機(jī)性程度，近似熵e定義為e＝φm(r)-φm+1(r)(6)(3)基于近似熵的最小壓降速度判定方法對(duì)1，2和4號(hào)三個(gè)電極對(duì)應(yīng)的近似熵值求平均emeanemean＝(e1+e2+e4)/3(7)計(jì)算emean與3號(hào)電極對(duì)應(yīng)的近似熵值e3的相對(duì)差值，記為相對(duì)近似熵ed近似熵差ed最大時(shí)對(duì)應(yīng)的表觀氣速為最小壓降速度。計(jì)算三種固相質(zhì)量流量下不同表觀氣速對(duì)應(yīng)的相對(duì)近似熵值，如表1所示。表1三種固相質(zhì)量流量下不同表觀氣速對(duì)應(yīng)的相對(duì)近似熵值當(dāng)輸送速度達(dá)到最小壓降速度時(shí)，固相壓損和氣相壓損之和達(dá)到最小，此時(shí)是紊流度最低的懸浮流動(dòng)，流動(dòng)的混亂程度最低。近似熵值的大小代表了管道內(nèi)流動(dòng)的復(fù)雜程度，故靜電信號(hào)相對(duì)近似熵的最大值代表管道內(nèi)混亂程度最小點(diǎn)，與最小壓降速度具有相同的作用。建立如下數(shù)學(xué)模型:式中vmp是最小壓降速度，是靜電信號(hào)相對(duì)近似熵最大值對(duì)應(yīng)的表觀氣速，由表1可知，120kg/h、100kg/h、80kg/h三種固體顆粒質(zhì)量流量下下側(cè)電極靜電信號(hào)的近似熵對(duì)應(yīng)的表觀氣速分別為9.88m/s、9.62m/s、9.20m/s。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12