[發(fā)明專利]一種聲波檢測臨界湍動速度的方法

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• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107576817A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 周業(yè)豐;楊磊;胡夏一;羅瀟;陳洪波
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種聲波檢測臨界湍動速度的方法。

背景技術

在流化床中，隨著氣速和床層結構的變化，床層中會出現(xiàn)不同的流型，如鼓泡流態(tài)化、湍動流態(tài)化等。由于在氣固兩相流中涉及顆粒體系的運動過程十分復雜，使得反應器中不同操作條件下流動狀態(tài)存在著較大的差異，這對反應裝置的氣固混合、傳質傳熱、反應過程都有著重要影響，并直接關系著反應器的生產能力、收率和選擇性。深刻理解流型間的轉變過程和規(guī)律對于反應器設計和操作是非常重要的，而流型轉變又是流化過程檢測中的難點問題，因此選用能準確反映流化床中流型間轉變及規(guī)律的檢測技術是非常重要的。

隨著檢測技術的發(fā)展和進步，相關研究者對氣固流化床內部參數(shù)的測量均做了大量的研究工作，其中應用比較多的主要有激光多普勒技術、光纖技術、射線技術、核磁共振技術、超聲波技術、層析成像技術、壓力脈動等。例如激光多普勒技術不僅能測量顆粒尺寸和流量信息，還能同時得到顆粒速度，但是儀器成本高昂。光纖技術能測得床內各個部位點的顆粒濃度等參數(shù)，但是屬于侵入型測量，對流場有一定的干擾。射線技術包括x-射線、γ-射線等，雖然射線具有不干擾流場、可重復測量等優(yōu)點，但是對操作人員存在放射性危害且對環(huán)境有輻射污染，其使用受到限制。核磁共振技術則廣泛應用于瞬時流速和流速分布等參數(shù)測量，但是設備成本高昂以及其只能測量較小的流化系統(tǒng)。主動式的超聲波技術雖然能測量流體的速度且具有不接觸被測介質等優(yōu)點，但是其靈敏度低，不能精確測量。層析成像技術雖然具有非侵入式、采樣速率快、能測量床層內固體濃度分布等優(yōu)點，但是其在低濃度情況下檢測困難且只適宜在流化床尺寸相對較小的系統(tǒng)中。壓力脈動不僅包含了反應器內的綜合動態(tài)信息，而且檢測相對簡單、可靠，但是壓力脈動測量手段是侵入式的，較容易破壞床內流體流動行為。

而被動式的聲發(fā)射技術根據(jù)接收和分析過程中發(fā)出的振動信號，關聯(lián)過程中的操作參數(shù)，能夠實現(xiàn)對生產過程中某些重要參數(shù)的檢測和監(jiān)控，具有靈敏度高、安全環(huán)保、不侵入流場和實時在線的優(yōu)點。Wang等（AIChE Journal 2010, 56 (5), 1173-1183.）采用聲信號結合時域分析法，進行起始流化速度的判斷。Nik等（International Journal of Multiphase Flow 2009, 35 (11), 1011-1016.）采用聲信號結合標準偏差、偏斜度、翹度來確定起始流化速度。關于臨界湍動速度的檢測技術研究較少，因此開發(fā)有效的檢測手段，并且采用適合的分析方法對上述流型轉變過程及規(guī)律進行反映，是具有重要意義的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足提供一種聲波檢測臨界湍動速度的方法。

聲信號是由氣體帶動顆粒運動并使得顆粒與顆粒間、顆粒與壁面間相互作用而產生的，聲信號能量可以反映流化床內顆粒運動和氣泡行為的劇烈程度。在床層流型轉變的過程中，聲信號可以很好地捕捉顆粒運動和氣泡行為劇烈的變化，進而能及時準確的在線測定臨界湍動速度u_c，所以能對生產參數(shù)進行調控。

一種聲波檢測臨界湍動速度的方法，包括以下步驟：

（1）在流化床反應器的分布板以上壁面處設置一個或多個聲信號接收設備；

（2）聲信號接收設備接收床層內的聲信號；

（3）結合標準偏差、算法復雜性、信息熵等分析方法處理聲信號，進而判斷臨界湍動速度u_c。

聲信號接收設備在流化床反應器分布板以上沿床層軸向壁面處設置一個或多個進行組合測量，或在流化床反應器分布板以上床層徑向壁面處設置一個或多個進行組合測量，或可以同時在流化床反應器分布板以上床層軸向和徑向壁面處設置一個或多個進行組合測量；其最優(yōu)選在聲信號接收設備高度與靜床高比值為2-10范圍之間的位置上設置一個或多個進行組合測量。

聲信號的接收頻率范圍為0Hz~20MHz，其優(yōu)選接收頻率范圍為10 kHz ~1MHz，其最優(yōu)接收頻率范圍為200kHz~800kHz。

聲信號的分析方法為標準偏差、算法復雜性、信息熵、漲落復雜性等，其優(yōu)選標準偏差、算法復雜性、信息熵。

本發(fā)明方法應用的流化床反應器的類型為氣固流化床反應器、氣固循環(huán)流化床反應器。

流化床反應器內部的聲信號通過設置在流化床反應器分布板以上的壁面處的聲發(fā)射傳感器進入信號放大器進行信號放大，然后進入采集卡進行信號的A/D轉換，最后進入計算機進行處理和分析。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的如下優(yōu)點：