[發(fā)明專利]一種變截面的粉塵擴(kuò)散濃度解算系統(tǒng)及超聲檢測(cè)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910585020.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN110308079B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 婁文忠;付勝華;李楚寶;陳朝輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06;G01P5/20;G01N29/44;G01N29/032;G01N15/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發(fā)明公開了一種變截面的粉塵擴(kuò)散濃度解算系統(tǒng)及超聲檢測(cè)優(yōu)化方法。本發(fā)明通過一種變截面粉塵擴(kuò)散管道的設(shè)計(jì)，構(gòu)建差壓?擴(kuò)散速度的粉塵濃度算法；通過第一和第二壓力表采集第一管道和第二管道內(nèi)的壓力p₁和p₂，實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)；通過第一和第二管道的截面面積為A₁和A₂、第一和第二管道中的粉塵擴(kuò)散速度v₁和v₂以及第一和第二管道內(nèi)的壓力p₁和p₂，實(shí)時(shí)得到粉塵擴(kuò)散濃度ρ；并根據(jù)超聲檢測(cè)傳感器得到衰減系數(shù)，進(jìn)一步修正透射系數(shù)；本發(fā)明針對(duì)氣固兩相流擴(kuò)散的速度、壓力濃度分布多物理場(chǎng)耦合探測(cè)具備客觀的應(yīng)用價(jià)值和研究價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉塵云團(tuán)動(dòng)態(tài)擴(kuò)散濃度檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種變截面管道的粉塵擴(kuò)散濃度解算系統(tǒng)及超聲檢測(cè)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

為了全面準(zhǔn)確檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的粉塵擴(kuò)散濃度信息，更好的掌握粉塵擴(kuò)散濃度的狀況，防止?jié)舛瘸瑯?biāo)對(duì)操作人員身體的危害，以及對(duì)于機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，避免粉塵云團(tuán)達(dá)到一定濃度引發(fā)爆炸事故，應(yīng)及時(shí)預(yù)報(bào)并解決濃度的探測(cè)問題，對(duì)確保人身安全和提高環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮及其重要的作用。

對(duì)粉塵擴(kuò)散云團(tuán)動(dòng)態(tài)濃度的實(shí)時(shí)檢測(cè)是解決粉塵擴(kuò)散機(jī)理，建立粉塵擴(kuò)散濃度預(yù)警系統(tǒng)的前提條件。但是受到粉塵的擴(kuò)散環(huán)境、粉塵顆粒的不規(guī)則、溫度等外界擾動(dòng)因素，針對(duì)粉塵的擴(kuò)散分布的濃度探測(cè)還很欠缺。

粉塵在擴(kuò)散過程中，可以視為粉塵顆粒和空氣的氣-固兩相混合物。通過設(shè)計(jì)一種變截面的管道，通過計(jì)算氣固兩相流體動(dòng)力學(xué)和相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)，得到粉塵的擴(kuò)散濃度，同時(shí)與超聲法檢測(cè)的粉塵擴(kuò)散濃度進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步提高對(duì)超聲檢測(cè)粉塵擴(kuò)散濃度的算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)粉塵擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)最優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種變截面管道的粉塵擴(kuò)散濃度解算系統(tǒng)及超聲檢測(cè)優(yōu)化方法。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種變截面管道的粉塵擴(kuò)散濃度解算系統(tǒng)。

本發(fā)明的變截面管道的粉塵擴(kuò)散濃度解算系統(tǒng)包括：變截面管道、第一和第二壓力表、高速攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)、集成處理電路和超聲檢測(cè)傳感器；其中，變截面管道采用透明的材料，變截面管道包括截面直徑不同同軸連接的第一管道和第二管道，二者之間平滑連接，第一管道的截面積為A₁，第二管道的截面積為A₂；在第一管道和第二管道的內(nèi)壁分別安裝第一和第二壓力表；第一和第二壓力表分別連接至計(jì)算機(jī)；在變截面管道外設(shè)置高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)連接至計(jì)算機(jī)；超聲檢測(cè)傳感器設(shè)置在變截面管道的內(nèi)壁上，超聲檢測(cè)傳感器包括脈沖超聲發(fā)射換能器和脈沖超聲接收換能器，分別設(shè)置在相對(duì)的內(nèi)壁上，二者之間的距離為L；超聲檢測(cè)傳感器通過集成處理電路連接至計(jì)算機(jī)；超聲檢測(cè)傳感器感知粉塵擴(kuò)散的脈沖超聲波衰減系數(shù)；粉塵在變截面管道中擴(kuò)散，視為粉塵顆粒和空氣的氣-固兩相混合物作為一個(gè)整體的均勻混合物同步運(yùn)動(dòng)；高速攝像機(jī)透過變截面管道，拍攝粉塵擴(kuò)散過程的圖像，將圖像實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過圖像得到分別在第一和第二管道中的粉塵擴(kuò)散速度v₁和v₂；通過第一和第二壓力表采集第一管道和第二管道內(nèi)的壓力p₁和p₂，實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)伯努利流體原理和粉塵擴(kuò)散的連續(xù)性進(jìn)行計(jì)算，通過第一和第二管道的截面積A₁和A₂、第一和第二管道中的粉塵擴(kuò)散速度v₁和v₂以及第一管道和第二管道內(nèi)的壓力p₁和p₂，實(shí)時(shí)得到粉塵擴(kuò)散濃度ρ。