探析多相流动的随机信号结构分析

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1、浙江大学材化学院硕士学位论文多相流动的随机信号结构分析姓名：姜晓静申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：阳永荣;王靖岱20080516摘要多相流体系的随机信号分析是多相流反应器研究的重要方面，如何从复杂的随机时间序列信号中分析并提取出与过程参数及变量最相关的信息，是问题的重点及难点。本文将信号分析方法与多尺度概念相结合，系统地提出了基于小波分析与刚S分析的多相流体系随机信号多尺度结构判别标准，分析了各信号尺度与物理尺度之间的对应关系，并将此判别标准引入到多相流体系声发射信号检测中。通过信号结构与物理尺度之间的对应关系

2、，揭示了气固流化床中的声发射机理，依据此机理实现了气固流化床中颗粒粒径分布的声发射检测。通过对信号尺度与物理尺度对应关系的分析，得到了液固搅拌釜中声发射信号结构与临界搅拌转速、淤浆悬浮高度之间的关系，并建立了相应的判断准则，实现了临界搅拌转速及淤浆悬浮高度的快速、准确、灵敏、环保的在线检测。本文的主要创新工作包括：1．将R／s分析与小波分析相结合，根据不同小波尺度Hurst指数的变化规律，建立了多相流随机信号多尺度划分的标准，将多相流体系随机信号划分为微尺度(Hurst指数均小于O．5)、介尺度(既有大于O．5的m硒t指

3、数，也有小于0．5的Hllrst指数)和宏尺度(H璐t指数均大于O．5)。2．通过对气固流化床的声发射信号与压力脉动信号的结构比较，以及气固流化床、气力输送、气液固淤浆鼓泡床、液固环管及液固搅拌釜中声发射信号多尺度结构差异比较，建立了多相流体系随机信号多尺度结构与物理多尺度的对应关系，认为在有固体颗粒存在的多相流体系，微尺度信号代表了颗粒相对于主体流动的运动状态；介尺度代表主体流相对于系统的运动或者不同主．体流之间的相互运动；宏尺度则反映整个系统状态随时间的变化。3．根据固体颗粒与壁面碰撞产生声波的机理，完善了反映颗粒性

4、质、运动和频率关系的声波频率模型，以及反映颗粒粒径分布与声信号结构关系的Hou．Y．ang方程，对原有模型推导及说明的错误及疏漏进行了改进。通过在流化床冷模装置(o150)及工业流化床聚合反应器装置中声发射信号的分析，多相流动的随机信号结构分析提出了更适合工业在线测量的混合粒径标定方法。4．基于声信号的小波分解和刚S分析，以固体颗粒碰撞壁面产生的声发射信号所在的高频区域(微尺度)的声能量分率值(尺1)为特征参数，研究声能量分率随搅拌转速的变化规律，提出了搅拌釜临界搅拌转速的测量判据，即声能量分率快速减少并开始趋于稳定时所

5、对应的搅拌转速即为临界搅拌转速。以水．玻璃珠体系为例，声发射方法测量值与目测值之间的平均相对误差为3．51％，表明声发射技术能快速、准确、灵敏地实现临界搅拌转速的测量。5．根据颗粒运动碰撞壁面产生声波的机理，结合声信号的频谱分析、小波分解和R／S分析，利用声波信号随搅拌釜轴向的规律性变化，发现测量点的声能量与主体区平均能量之比如出现二次阶跃性变化，基于此，提出搅拌釜淤浆悬浮高度的判据，即魅随搅拌釜轴向的二次阶跃性变化的分界线分别为淤浆悬浮高度和液位高度。以水．玻璃珠体系为例，如为0．62时对应的高度即为淤浆悬浮高度。对于

6、6叶盘式涡轮桨，与目测法相比，淤浆悬浮高度的平均相对误差为7．1％。对于2叶桨式叶轮，与目测法相比，淤浆悬浮高度的平均相对误差为11．8％。可见，声发射法克服了取样法的繁琐和观察法的主观，实现了搅拌釜淤浆悬浮高度的快速、灵敏和非侵入式的在线检测。关键词：多相流；随机信号；多尺度；声发射技术；气固流化床；搅拌釜反应器；颗粒粒径分布；频率模型；临界搅拌速度；淤浆悬浮高度；IIAbstralctAbstract7Iheanalysisofrandomsignalss觚11pledbydi伍言rentprobesisimport

7、antinmeinVestigationofmulti—phasereactors．Howt0selecttheinformationmostrelatiVet0aleprocessis饿e丘ontal髓d向11ofchallengeinchemicaleng迅eeringrcse鲫ch．Si印a1analysis如dmulti-scalercsolutionwerecom_binedinthisp印erinordert0e嗽出lish也e嘶terionofdividingther趾domsi乒“st0di毹rentsc

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