一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法

摘要

本发明公开了一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，其包括如下步骤：(1)获取安装在密相气力输送管路上的文丘里管的结构参数以及输送介质的参数；(2)在密相气力输送系统上进行纯气相和气固两相标定实验，获得拟合系数；(3)根据所得文丘里管的结构参数、输送介质的参数和拟合系数，用迭代法计算密相气力输送系统的固体质量流量M_s。本发明突破了以往文丘里流量计仅适用于稀相气固输送体系的局限，通过引入两相流动因子修正载气密度和固气比影响，将其应用至密相气力输送领域，并且采用偏差最小的迭代试差逻辑算法评估固相质量流量，实现了密相气力输送过程中固相质量流量的评估偏差在±10％以内。

主权项

一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)获取安装在密相气力输送管路上的文丘里管的结构参数以及输送介质的参数；所述文丘里管的结构参数包括文丘里管的进口管道直径D、喉径d、节流比β、喉部面积A_t、收缩段长度L_c和喉段长度L_t；所述输送介质的参数包括气体密度ρ_g、气体分子的摩尔质量M、气体分子直径d_g、固体颗粒直径d_p和固体颗粒密度ρ_p；(2)在密相气力输送系统上进行纯气相和气固两相标定实验，获得拟合系数a、b、c、d，具体包括步骤S1和步骤S2：步骤S1：进行至少两组气相标定实验，获得拟合系数a、b，该步骤包括：步骤S1‑1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Q_g1、Q_g2、Q_g3，单位Nm³/s，并根据式1计算得到气相质量流量M_g，单位kg/s；M_g＝(Q_g1+Q_g2+Q_g3)ρ_Ng    1式1中，ρ_Ng为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm³；步骤S1‑2：测量气体的压强P_g1和温度T₁，并根据式2～4计算得到文丘里管入口处的气体密度ρ_g1、表观气速U_g1和气体粘度μ_g1；ρ_g1＝P_g1M/RT₁    2U_g1＝4M_g/ρ_g1πD²    3${\mu }_{g1}=2.67\times {10}^{-26}{\left({\mathrm{MT}}_1\right)}^{0.5}/d_g^2---4$式2中，M是气体分子的摩尔质量，单位为kg/mol，R是摩尔气体常数；式4中，d_g是气体分子直径，单位为m；步骤S1‑3：测量气体通过文丘里管的压差△P_g，单位Pa，并根据所得ρ_g1、U_g1、μ_g1、M_g和式5～6计算获得雷诺数Re和流出系数C_d：Re＝DU_g1ρ_g1/μ_g1    5$C_d=\frac{M_g}{A_t}\sqrt{\frac{1-{\beta }^4}{2{\rho }_g{\mathrm{\Delta p}}_g}}---6$步骤S1‑4：重复步骤S1‑1～S1‑3至少一次，并对所得的C_d和Re进行回归模型分析，获得C_d与Re的关系式如式7所示，并计算得到拟合系数a、b；C_d＝a·Re^b    7步骤S2：进行至少两组气固两相标定实验，获得拟合系数c、d，该步骤包括：步骤S2‑1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Q_g1、Q_g2、Q_g3，单位Nm³/s，用电子秤称重测量固体质量流量M_s，单位kg/s，并根据式8计算得到气相质量流量M_g，单位kg/s；M_g＝(Q_g1+Q_g2+Q_g3)ρ_Ng‑M_s/ρ_p    8式8中，ρ_Ng为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm³；步骤S2‑2：根据步骤S2‑1所得M_g、步骤①所得C_d及式6计算得到△P_g；步骤S2‑3：测量气固相混合物通过文丘里管的压差△P_mix，单位Pa，并根据步骤S2‑1所得M_s和M_g计算得到输送固气比Z，Z＝M_s/M_g，单位kg/kg，然后再根据式9和式10计算得到压降比系数m和修正斯托克斯数St；m＝[(Δp_mix/Δp_g)k‑1.0]/Z    9式9中，k为修正因子，k＝1+Zρ_g/ρ_p；$St={\rho }_p{d}_p^2{U}_{g1}/\left\{18{\mu }_{g1}\right[\left(\frac{{\beta }^2}{1+{\beta }^2}\right)2L_c+{\beta }^2{L}_t\left]\right\}---10$步骤S2‑4：重复步骤S2‑1～S2‑3至少一次，并对所得的m和St进行回归模型分析，获得m与St的关系式如式11所示，并计算得到拟合系数c、d；m＝c·St^d    11(3)根据步骤(1)所述的文丘里管的结构参数、输送介质的参数和步骤(2)所得拟合系数a、b、c、d，计算评估密相气力输送系统的固体质量流量M_s，获得固体质量流量值，具体步骤如下：①测量进入密相气力输送系统的气体流量Q_g1、Q_g2、Q_g3，和文丘里管的进口处温度T₁，以及文丘里管进口处和喉管处的压力P₁、P₂，计算得到气固相混合物通过文丘里管的压差△P_mix，△P_mix＝P₁‑P₂；②设定固相流量初值M_s0，根据式8计算得到气相流量M_g；③根据式2～5、式7和所得拟合系数a、b计算得到流出系数C_d，根据式10、式11和所得拟合系数c、d计算得到压降比系数m；④根据所得M_g、C_d及式6计算得到△P_g；⑤根据式12计算得到固相质量流量M_s；$M_s=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_{mix}/{\mathrm{\Delta P}}_g-1}{m-({\rho }_{g1}/{\rho }_p)({\mathrm{\Delta P}}_{mix}/{\mathrm{\Delta P}}_g)}{M}_g---12$⑥比较计算值M_s与初值M_s0的偏差|M_s‑M_s0|，判断所得偏差与设定的极小值ξ间的大小关系：若|M_s‑M_s0|≤ξ，则步骤⑤计算得到的M_s即为最终评估得到的固相质量流量值；若|M_s‑M_s0|＞ξ，则设定一个固相质量流量的增量△M_s，令M_s0’＝M_s0+△M_s，将该M_s0’作为新设的初值，重复步骤②～⑥进行反复迭代，直至计算得到的固相质量流量M_s’与所设初值M_s0’间的偏差小于极小值ξ，对应的固相质量流量M_s’即为最终评估得到的固相质量流量值。