内蒙古科技大学生毕业设计说明书毕业论文

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：超声波测量气固两相流流体及其信号分析学生姓名：冯厚金学 号：1267106326专 业：自动化班 级：自动化 2012-3班指导教师：王月明内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）超声波测量气固两相流流体及其信号分析摘 要目前，在社会各个行业中还没有能利用超声波准确测量气固两相流浓度的具体方法和设备。而超声波测量气固两相流浓度具有无污染、结构简单、穿透性好等优势。本论文将以超声波为工具对气固两相流的浓度测量进行初步研究。首先是对超声波特征的研究，学习探究超声波基本特征以及在超声波遇到障碍物时的波形变化和信号衰减的过程。然后，通过一些工业现象和自然现象选取能获得较为接近其状态的气固两相流的实验材料，通过比较本实验采用的是细沙（取材于包头市响沙湾），其细腻程度略大于电厂炉膛中的燃料煤粉。第二步，设计气固两相流的发生装置，利用地心引力使得沙子做自由落体运动来实现气固两相流现象。计算得到沙子的流速从而得到所需要的沙流量，来设计气固两相流发生装置的具体参数。学习超声波发生装置的工作原理。第三步，进行实验，对两个实验变量参数进行控制。首先，改变超声波探头的距离，找到最佳测量距离；在上一步的基础上，改变气固两相流浓度，找到气固两相流浓度和超声波信号的关系，为以后超声波传感器的发明制作做好一定的前期理论准备工作。对大量实验结果进行分析处理，为以后的超声波浓度测量仪的研究发明，奠定部分理论和实践基础。关键词：超声波；气固两相流；信号衰减；浓度测量内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）AbstractAt present, all sectors of society are not able to take advantage of the ultrasonic method and apparatus for accurately measuring the specific gas-solid flow concentration. The ultrasonic measuring the concentration of gas-solid flow has no pollution, simple structure, penetrating good advantage. The papers will be ultrasound as a tool for measuring the concentration of gas-solid flow in a preliminary study.The first is characterized by ultrasound study, learn and explore the basic characteristics of the ultrasonic signal in the ultrasonic waveform and an obstacle when the decay process. Then, by some industrial phenomena and natural phenomena choose to get closer to their state of experimental material gas-solid flow by comparing the present study is to sand (taken from Baotou Sand Bay), which is slightly larger than the detail of Power furnace fuel - pulverized coal.The second step, the design phase flow generating device, use the force of gravity so that the sand free fall movement to achieve phase flow phenomena. Sand flow rate calculated to give the desired flow of sand to the specific parameters of the design phase flow generating means. Working principle of ultrasonic learning occurs.The third step is to experiment on two experimental variables parameter control. First, changing the distance between the ultrasonic probe to find the best measure distances; in the previous step, based on the change in the concentration of gas-solid flow, and to find the relationship between the concentration of gas-内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Isolid flow ultrasonic signal.内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）A large number of experimental results analysis and processing for future ultrasonic concentration meter study found that part of the theory and practice laid the foundation.Keywords: Ultrasound; phase flow; signal attenuation; concentration measurement 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目录摘 要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 气固两相流浓度测量的意义 .11.2 气固两相流浓度测量面对的困难 .21.3 常见的气固两相流测量方法 .31.3.1 差压法 .31.3.2 光学法 .41.3.3 热平衡法 .51.3.4 电学法 .61.3.5 过程层析成像法 .71.3.6 超声法 .81.4 本章小结 .8第二章 超声波浓度测量的基本原理 .92.1 超声波产生过程及其应用 .92.2 气固两相流基本知识 .102.3 超声在两相介质中的声衰减 .112.4 本章小结 .14第三章 气固两相流浓度测量系统 .153.1 气固两相流发生装置 .153.2 超声波检测装置 .163.2.1 超声波换能器 .17内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）I3.2.2 切换装置 .183.2.3 脉冲发生接受仪 .193.3 本章小结 .19第四章 实验过程及结果分析 .214.1 超声波检测目标及过程 .214.2 实验结果及其分析 .214.2.1 实验结果 .224.2.2 实验分析 .274.3 本章小结 .29第五章 总结与展望 .30参考文献 .32附录 .34致谢 .38内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）0第一章 绪论1.1 气固两相流浓度测量的意义“既要绿水青山，又要金山银山”已经是当代我国社会主义现代化建设的要求和目标。现在，我国的自然环境可以说是十分恶劣，空中雾霾弥散、沙尘暴飞扬更是严重的影响到了我国人民的日常生活，这些自然现象现象都与气固两相流密切相关。而且在冶金、化工、电力、能源等很多工业实际生产中，是利用管道气力运送技术来输送固态粉体、水泥、煤粉等，如图 1-1.（a）电厂燃煤锅炉 （b）化工送粉管道图 1-1 气固两相流应用这些都是气固两相流的典型应用。就拿火电厂来说，火力发电在我国电力供给中依然占着相当大的比重。由于中国的能源结构以煤为主，因此中国的电力工业是以燃煤火电为主的，约占我国年发电量的百分之七十六。在火电厂，燃烧器中空气与煤粉的配比对燃烧效率有着十分明显的影响。首先，如果煤粉的质量流量在喷燃气出口分布不均匀，将会导致炉膛内的火焰中心偏移，从而引起炉膛中的气流冲刷后墙，导致高温再热器和高温过热器出现局部高温、结焦等现象。其次，如果浓度过高会导致燃烧不均匀和较高的能量消耗，增大氮氧化合物的排放以及燃烧不充分浪费能源。因此，控制空气和煤粉的混合比非常关键，所以我们必须掌握管道中煤粉质量流量的精确测内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1量结果。因此，研究气固两相流浓度的精准测量技术已经势在必行。在经济新常态下，我国也准备或正在准备步入工业 4.0时代，要想实现智能控制，我们的测量精度和使用范围也必须进一步的提升。在气固两相流的浓度测量中，超声波测量拥有其独特的优势，超声波测量气固两相流结构简单，无污染，可以适合介质不透明浓度测量等，适用范围较广。1.2 气固两相流浓度测量面对的困难气固两相流为多相流的一种，其流动特点是比较复杂的。相对速度和界面效应在气固两相流中普遍存在，相界面在空间和时间上都随机可变。其参数除了常见的流量和速度外，还包括颗粒浓度、颗粒尺寸、流型以及固相分布等。使其比单向流系统要复杂的多。并且在气固两相流的测量过程中，固体颗粒的化学、物理以及流动特性都可能会对超声波检测仪器的测量的准确性产生一定影响。总的来看，可能会对气固两相流测量产生影响的的因素如下：（1）固体颗粒分布不均匀在气固两相流输送过程中，固相颗粒沿管道长度和管道截面一般呈不均匀分布。就算流动状态稳定，因为气固两相相界面有界面效应，管道不同区域间也会存在向速度分布和浓度分布不均匀现象，另外，局部区域颗粒浓度和速度在时间和空间上的分布也体现着随机可变性。这和测量的位置、管道的方位、固相的载荷量以及固相颗粒的特性(包括颗粒尺寸，粘着力湿度成份、等)多种因素有关。（2）固体颗粒速度分布不均匀在气固两相流输送过程中，在管道的横截面上颗粒的速度分布也有可能不均匀。例如水平输送时，管道底面固相颗粒速度比管道顶部的颗粒速度慢，大体积的要比小体积的移速度慢。此外，当固相颗粒的浓度较大时，速度分布将呈现更加不规则的分内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）2布。（3）颗粒形状和尺寸的变化在气固两相流中，它的颗粒尺寸也不是均匀统一的，它的粒径通常在几微米到几厘米之间变化，例如面粉加工厂的面粉和电厂煤粉。而且它的颗粒形状是千变万化，很难分类。对于一个给定的给料系统，通常只能保证给出固定的颗粒尺寸范围，很难保证颗粒尺寸不会变化。比如：煤粉颗粒体积的大小一般主要取决于磨煤机的当前工作状态和性能。 （4）颗粒成分在很多工业生产中，固相颗粒种类并不是单一介质，并且会经常发生变化。比如燃煤电站使用的煤粉，煤粉与垃圾混合经常发生，这些固相颗粒物的组成非常复杂，并且一般不可预测，会对测量装置产生一定的影响。（5）其他影响因素除了以上因素之外，还有一些已知的影响因素如不可的避免噪声、震动，