气固两相流静电感应信号的特征与提取

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1、资助项目：国家自然科学基金（61673291）气固两相流静电感应信号的特征与提取FeatureandExtractionMethodofElectrostaticSignalsInducedfromGas-SolidTwo-PhaseFlow学科专业：控制科学与工程作者姓名：詹妮指导教师：王超教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要气固两相流广泛存在于自然界和工业生产过程中，对其参数的准确测量有利于提高生产效率、降低能耗以及减少环境污染。由于气固两相流具有流动复杂、参数分布不均匀的特征，气固两相流参数测量一直是国内外研究者们致力于攻克的难题。近几十年基于静电法的

2、检测方法在理论和应用方面均获得了快速的发展。内壁嵌装式静电传感器具有结构简单，耐磨和耐压性能好、灵敏度高等优点，是目前工业现场主要使用的传感器形式。该传感器的测量信号既包含感应电荷信号，也包含转移电荷信号。转移和感应电荷信号由于来源不同，对于气固两相流的表征角度也不相同，转移和感应电荷信号的有效分解对于提高检测精度和可靠性具有重要价值。本文重点针对感应信号的提取展开研究。1、利用COMSOL软件对内壁嵌装式静电传感器进行建模分析，获得了传感器的空间灵敏度分布。并在此基础上建立了感应电荷信号模型，通过仿真发现感应电荷信号频谱为具有一定的信号带宽的单峰曲线，频带特征与颗粒速度、颗粒

3、所处位置有关。当颗粒速度越快，越靠近电极时，感应电荷信号带宽范围越往高频处移动，且信号频带范围越宽。并搭建了单颗粒实验装置和带式装置进行实验，实验结果与仿真结果一致。2、在天津大学气固两相流装置上进行内壁嵌装式静电传感器和外壁贴装式静电传感器的对比实验，发现内壁嵌装式传感器中的感应信号具有明显的频带特征，且转移电荷信号在整体信号中占有重要比重。3、由于感应电荷信号主要反映管道中随输送空气流动颗粒的整体信息，符合凝固流型假设，相似性高；而转移电荷信号由于来源于颗粒与电极的随机接触，相似性很低。基于此，本文提出一种基于DWT（DiscreteWaveletTransform，简称D

4、WT）的自适应信号分解方法，根据分解后得到的信号分量的相关系数，选择合适的信号分量重构成感应电荷信号，其余信号分量重构成转移电荷信号，从而实现两种信号的自适应分解。4、利用上下游信号进行互相关测速，与测量信号相比，分解重构得到的感应电荷信号的平均互相关系数从0.48提高到0.75，有利于气固两相流参数的准确测量。互相关速度的平均相对标准偏差从3.35%减小到2.69%，提高了测量的稳定性。分解重构得到的转移电荷信号的均方根值随着颗粒质量流量及表观空气速度的升高有明显的线性增长趋势，这为颗粒质量流量的表征提供了一种有效手段。关键词：气固两相流，内壁嵌装式静电传感器，感应信号，信号

5、分解IABSTRACTGas-solidtwophaseflowwidelyexistsinnatureandindustrialproductionprocess.Theaccuratemeasurementoftheparametersishelpfultoimprovetheproductionefficiency,reduceenergyconsumptionandenvironmentalpollution.Gas-solidtwophaseflowhasthecharacteristicsofcomplexflowandunevendistributionofpar

6、ameters,soitsparametermeasurementisdifficult.Inrecentdecades,thedetectionmethodbasedonelectrostaticmethodhasachievedrapiddevelopmentintheoryandapplication.Atpresent,theinnerflush-mountedelectrostaticsensor,withsimplestructure，goodwearresistance,goodpressureresistanceandhighsensitivity,isthem

7、aintypeofelectrostaticsensorusedinindustrialfield.Themeasuringsignalfromtheinnerflush-mountedelectrostaticsensorincludesinducedchargesignalandtransferredchargesignal.Owingtothedifferentsources,theinducedandtransferredchargesignalscanrepresentdiffer