主权项 |
1、一种气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法,利用包括测量探头和前置放大器的静电传感器,其特征在于:步骤1)在径向位置r处,利用静电传感器输出信号功率谱特性的导数为零时,有:<maths num="0001"><![CDATA[<math><mrow><mfrac><mi>a</mi><msqrt><mi>b</mi></msqrt></mfrac><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><mi>πf</mi><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><msup><mi>bv</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msup><mrow><mo>(</mo><mi>πf</mi><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><msup><mi>bv</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mi>c</mi><msqrt><mi>d</mi></msqrt></mfrac><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><mi>πf</mi><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><msup><mi>dv</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msup><mrow><mo>(</mo><mi>πf</mi><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><msup><mi>dv</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>16</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>式中a,b,c,d为径向位置r处,灵敏度分布函数s(z)的拟合系数,f为功率谱频率,v为颗粒移动速度,由式(16),可知:在功率谱特性的尖峰处,v/f<sub>max</sub>为常数并设定为g<sub>r</sub>,则有v/f<sub>max</sub>=g<sub>r</sub>,g<sub>r</sub>与a,b,c,d有关,并可由式(16)通过数值计算获得,f<sub>max</sub>为功率谱尖峰频率值,同理,在r=0处,可得到g<sub>0</sub>值,上述拟合系数a,b,c,d采用如下方法得到:首先,建立点电荷与静电传感器之间相互作用的数学模型<maths num="0002"><![CDATA[<math><mrow><mrow><mfenced open='{' close=''><mtable><mtr><mtd><mo>▿</mo><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><mi>ϵ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>▿</mo><mi>φ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><mi>ρ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>φ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mo>|</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>∈</mo><msub><mi>Γ</mi><mi>p</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>φ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mo>|</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>∈</mo><msub><mi>Γ</mi><mi>s</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>φ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mo>|</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>∈</mo><msub><mi>Γ</mi><mi>e</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>11</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>式中φ为场域电势分布;ρ为体电荷密度;ε为敏感区间电介质分布;Γ<sub>p</sub>,Γ<sub>s</sub>,Γ<sub>e</sub>分别为管线、屏蔽罩和电极的空间位置,z为点电荷的z轴轴向坐标,θ为点电荷的θ轴轴向坐标,且选择静电传感器电极的轴向作为整体坐标系的z轴方向,径向作为r轴方向,周向作为θ轴方向;然后,采用数值解法,求解得到静电场分布,进而获得单位点电荷在不同空间点上时,电极上的感应电量s(z,r),再对电极感应电量s(z,r)在给定径向位置r上进行曲线拟合,得到拟合系数a,b,c,d;步骤2)对管道内气固两相流颗粒“静电流噪声”进行数据采集,通过Welch功率谱分析方法估计出采集信号的功率谱特性,然后利用Daubechies三阶小波,其尺度函数<img file="C200610098067C00023.GIF" wi="87" he="81" />和小波函数<img file="C200610098067C00024.GIF" wi="102" he="66" />分别为:<maths num="0003"><![CDATA[<math><mrow><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>+</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>-</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths><maths num="0004"><![CDATA[<math><mrow><msubsup><mi>ψ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>-</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>+</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow><mrow><mn>4</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac><msubsup><mi>φ</mi><mn>3</mn><mi>D</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>对功率谱进行小波多尺度分解,由此实现功率谱特性的趋势项提取,之后即可在功率谱特性曲线的趋势项上读出尖峰频率值f<sub>max</sub>,进而根据v<sub>m</sub>=kg<sub>0</sub>f<sub>max</sub>,获得颗粒平均速度。 |