气液两相流气相速度的测量研究

论文摘要

气液两相流普遍存在于工业生产和人们的日常生活中,其流动参数测量对于工业生产过程的经济、安全、高效运行具有重要意义,同时对气液两相流的理论研究也十分有益。但气液两相流的流动是一个极其复杂的过程,其运动具有三维性并受多种因素影响,所以其流动参数的测量比较困难。本文以气液两相流检测理论为基础,针对工业现场泡沫浮选中气液两相流气泡上浮速度参数的测量问题进行了探索性的研究,设计了气泡上浮速度检测系统。本文首先对气液两相流气相速度检测技术的研究背景以及国内外发展现状进行了介绍,并分析了泡沫浮选的生产流程,详细论述了泡沫浮选中气泡上升速度测量原理,提出了微小电容检测技术与互相关技术相结合的测量方案。当气泡在浮选槽中上升时,引起上、下游电容传感器周围敏感场区域的等效介电常数发生随机性变化,使传感器的电容值发生随机性变化。利用互相关测量原理计算上、下游传感器产生的随机信号的时间差,从而实现气泡上升速度的测量。系统采用两对电容极板测量垂直方向上的速度变化。针对微小电容测量和互相关计算,设计了下位机电容测量系统和上位机的数据处理系统。电容检测硬件电路以C8051F005单片机为核心,设计了微小电容检测电路、数据采集及处理电路、RS-485通信电路、电容传感器自动清洗控制电路。在Keil环境下实现下位机软件设计,实现了数据采集、传输。上位机软件是在Matlab环境下编写的,主要实现数据处理、互相关计算、存储和结果显示等工作。为了验证气液两相流气泡上升速度测量系统,在现场进行了多组试验。当上下游电容传感器相距120mmm时,具有明显的相关性；比较了传感器插入矿浆深度为330mm、430mm和530mm不同位置时的相关特性和测量速度,实验表明当传感器插入深度为330mm时相关特性明显并且速度稳定。实验表明微小电容检测与互相关测量技术相结合是研究泡沫浮选中气泡上升速度测量的一条合理、有效的途径,对于指导优化生产具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 气液两相流检测方法的研究现状
• 1.3 本文的主要内容及结构安排
• 1.4 本章小结
• 第2章 浮选气泡速度检测系统原理
• 2.1 泡沫浮选机理分析
• 2.1.1 泡沫浮选生产过程
• 2.1.2 浮选过程操作变量
• 2.2 系统检测原理
• 2.2.1 电容式传感器
• 2.2.2 气泡上升速度测量系统原理
• 2.3 互相关算法
• 2.3.1 相关技术原理
• 2.3.2 相关系数
• 2.3.3 相关函数
• 2.4 系统总体结构设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 系统硬件总体设计
• 3.2 极板切换控制电路
• 3.2.1 多路模拟开关的选择
• 3.2.2 极板切换控制电路的设计
• 3.3 微小电容检测电路
• 3.3.1 微小电容检测电路原理
• 3.3.2 正弦激励信号发生电路
• 3.3.3 放大与跟随电路
• 3.3.4 C/V转换电路
• 3.3.5 相敏解调电路
• 3.3.6 减法器和参考电压电路
• 3.4 A/D采样电路
• 3.4.1 电压跟随器
• 3.4.2 限幅电路
• 3.5 单片机及其外围电路设计
• 3.5.1 单片机的选用
• 3.5.2 系统复位电路设计
• 3.5.3 上位机通讯电路设计
• 3.5.4 传感器自动清洗控制电路设计
• 3.6 系统电源设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 单片机程序设计
• 4.1.1 主程序设计
• 4.1.2 系统初始化程序设计
• 4.1.3 激励信号产生程序设计
• 4.1.4 非易失存储器的操作
• 4.1.5 速度测量算法程序设计
• 4.1.6 串行通讯程序设计
• 4.2 上位机程序设计
• 4.2.1 上位机通讯程序设计
• 4.2.2 上位机监控界面
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验过程与结果分析
• 5.1 实验过程
• 5.1.1 工业现场情况介绍
• 5.1.2 气泡上升速度测量实验
• 5.2 影响系统的因素及结果分析
• 5.2.1 影响气泡速度的因素
• 5.2.2 误差分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢