内容简介
《气固两相流动参数电学检测技术及应用》基于作者多年从事气固两相流检测技术领域的研究及研究生教育工作，并结合其学术成果整理而成，全面系统地介绍了气固两相流电学检测方法，重点论述了静电、电容、静电耦合电容、电容层析成像等检测原理与技术，此外还介绍了电学检测技术在燃煤电站锅炉、湍动流化床、密相气力输送等典型场景下的应用案例，为读者提供了学以致用的成功示范。
目录
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 气固两相流的定义与特点 1
1.1.1 多相流与气固两相流的定义 1
1.1.2 典型的气固两相流动系统 2
1.1.3 气固两相流特点及研究方法 7
1.2 气固两相流动参数 8
1.3 气固两相流动参数检测技术 10
1.3.1 气固两相流动参数检测的意义 10
1.3.2 气固两相流动参数检测的难点 11
1.3.3 气固两相流动参数主要检测方法 12
1.3.4 气固两相流动参数电学检测技术存在的问题 25
1.3.5 两相流及多相流检测技术展望 26
参考文献 27
第2章 气固两相流动静电传感器及其传感特性 29
2.1 气固两相流动静电现象 29
2.1.1 固体接触起电机理 29
2.1.2 粉体颗粒带电量特性 30
2.2 气固两相流动静电传感器 30
2.2.1 静电传感器结构 30
2.2.2 静电传感器工作原理 33
2.3 静电传感器的传感特性 36
2.3.1 灵敏度的定义 36
2.3.2 圆环状静电传感器的传感特性 36
2.3.3 阵列式静电传感器的传感特性 43
2.3.4 矩阵式静电传感器的传感特性 51
2.4 本章小结 58
参考文献 58
第3章 气固两相流动参数静电检测技术 59
3.1 静电相关法气固两相流速度检测 59
3.1.1 静电相关法基本原理 59
3.1.2 速度测量影响因素分析 61
3.2 静电感应空间滤波法气固两相流速度检测 63
3.2.1 基于圆环状静电传感器的空间滤波颗粒速度测量 63
3.2.2 基于阵列/矩阵式静电传感器的空间滤波颗粒速度测量 69
3.3 静电法气固两相流质量流量检测 85
3.3.1 静电传感器输出信号特征提取 85
3.3.2 基于模糊规则的多模型颗粒流量软测量模型 87
3.3.3 颗粒流量测量实验研究 91
3.4 本章小结 93
参考文献 93
第4章 气固两相流动参数电容检测技术 95
4.1 两相混合物的等效介电常数理论 95
4.2 电容法气固两相流动参数检测原理 96
4.2.1 电容法测量的基本原理 96
4.2.2 电容传感器的结构 97
4.3 抗静电的微弱电容检测技术 98
4.4 电容传感器的传感特性 107
4.4.1 电容灵敏度的定义 107
4.4.2 螺旋电极电容传感器的传感特性 108
4.4.3 环状电极电容传感器的传感特性 114
4.5 基于环状电极电容传感器的气固两相流动参数检测 119
4.5.1 传感器温漂 119
4.5.2 重力输送颗粒流量测量实验 120
4.6 本章小结 124
参考文献 125
第5章 气固两相流动参数静电耦合电容检测技术 126
5.1 静电耦合电容传感器 126
5.1.1 静电耦合电容传感器原理 126
5.1.2 静电耦合电容传感器接口电路设计 127
5.1.3 静电耦合电容传感器的数值分析 129
5.1.4 静电耦合电容传感器的实验验证 130
5.2 基于静电耦合电容传感器的气固两相流动参数测量 132
5.2.1 静电耦合电容传感器系统设计 132
5.2.2 基于静电与电容信息融合的气固两相流速度检测 134
5.2.3 气固两相流动参数测量实验研究 141
5.3 本章小结 150
参考文献 150
第6章 气固两相流电容层析成像技术 151
6.1 电容层析成像基本原理 151
6.1.1 ECT测量基本原理 151
6.1.2 ECT系统 152
6.2 ECT传感器与抗静电电容检测技术 152
6.2.1 ECT传感器的结构与种类 152
6.2.2 ECT传感器的传感特性 156
6.2.3 抗静电的ECT电容检测技术 165
6.3 ECT图像重建与系统开发 166
6.3.1 ECT图像重建原理及其算法 166
6.3.2 ECT系统开发 169
6.3.3 性能评价 173
6.4 基于深度学习的ECT图像重建优化 177
6.4.1 卷积神经网络ECT图像重建方法 177
6.4.2 卷积神经网络模型超参数优化 180
6.4.3 基于串级卷积神经网络的ECT超分辨率图像重建方法 188
6.5 本章小结 199
参考文献 199
第7章 密相气力输送气固两相流系统的多尺度分析与流型识别技术 201
7.1 密相气力输送气固两相流系统的多尺度分析 201
7.1.1 气固两相流系统的信号分析方法 201
7.1.2 基于经验模态分解和分形分析的多尺度分析方法 203
7.1.3 密相气力输送气固两相流系统的实验研究 205
7.2 密相气力输送气固两相流流型识别 217
7.2.1 气力输送水平管气固两相流流型的传统分类方法 217
7.2.2 基于多尺度能量比重的气力输送流型分类方法 218
7.2.3 基于神经网络的密相气力输送气固两相流流型识别 221
7.3 本章小结 225
参考文献 225
第8章 气固两相流电学检测技术的工程应用 226
8.1 静电检测技术在燃煤电站一次风粉在线测量中的应用
试读
第1章 绪论
1.1 气固两相流的定义与特点
1.1.1 多相流与气固两相流的定义
多相流是从传统能源转化与利用领域逐渐发展起来的新兴交叉研究领域。尽管多相流作为一门*立学科的时间不长，但广泛应用于能源动力、电力、化工、石油、航空航天、冶金、环保、医药等诸多工业部门，具有非常强的工业应用背景，对国民经济的发展有十分重要的作用，近年来发展十分迅速。
多相流中的“相”定义为物质的存在形式，如气态、液态或固态，因此多相流即为两种或两种以上“相”的物质同时流动且具有明显分界面的流体。除此之外，还存在着动力学意义上的相，如两种互不相溶的液体构成的流动（如油水混合流），液体物性的不同将不可避免地造成流动在动力学上的差异，因此不相溶的液液混合物的流动也属于两相流动。随着研究的深入，以及连续相与离散相概念的引入，各种“相”的概念逐渐合为一种，即多相流[1，2]，包含着物质形态上的相和动力学意义上的“相”。工业生产过程中的多相流可以简单地划分为气液、气固、液固、液液两相流及气液固、液液固、气液液三相流等。在某些工业过程（如石油工业）中，还有油气水沙同时流动的四相流。
气固两相流，顾名思义，就是只有气体和固体的两相流，它在自然界以及众多工业生产过程中都是广泛存在的[3-5]。比如，空气中夹带灰粒与尘土、沙漠风沙、飞雪、冰雹，在能源动力、环保、冶金、建材、粮食加工和化工工业中广泛应用的气力输送、气流干燥、煤粉燃烧、固体废弃物的焚烧、静电除尘、石油的催化裂化、矿物的流态化焙烧、气力浮选、流态化等都是典型的气固两相流动。气固两相流动可分为稀疏两相流动和稠密两相流动两大类[6]。稀疏两相流动中离散相（颗粒相）的运动受连续相（流体相）的力（阻力、升力等）的控制。连续相的质量远大于离散相的质量，两相之间的作用力在连续相中造成的加速度远小于在离散相中形成的加速度。另外，虽然在稀疏两相流动中离散相也可能发生碰撞，但在离散相发生碰撞时已经完全响应湍流脉动，并且离散相间的碰撞时间极短，大部分时间是响应湍流作用后跟随湍流运动，故许多工程实际计算时可以忽略离散相间的碰撞。稠密两相流动中离散相受相间的碰撞控制，瞬时速度和位置由碰撞得出。连续两次碰撞的间隔小于离散相本身完全跟随气流所需的时间，运动行为不能完全地响应湍流脉动，在尚未完全跟随湍流时便已经发生碰撞。因此，必须考虑颗粒间的碰撞。
1.1.2 典型的气固两相流动系统
1.气力输送系统
气力输送又称气流输送，利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料，是流态化技术的一种具体应用[4，5]。气力输送装置的结构简单，操作方便，可进行水平、垂直或倾斜方向的输送，在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、干燥和气流分级等物理操作或某些化学操作。
气力输送已经具有很长的应用历史，气力输送技术*初用来运送货物，后来适用于粉状、粒状、叶片状的材料输送，如面粉、水泥、谷物、煤炭、石灰、烟草、茶叶和其他物资运输领域，当时都是基于低混和悬浮输送原理设计的，为稀相气力输送方式。由于工艺水平和设备制造技术等因素的影响，气力输送技术在相当长的一段时间内没有发展。近几十年来，随着材料、控制、装备制造等领域的发展，气力输送技术再次振兴。现代气力输送的研究主要集中于密相输送，其起源于20世纪50年代后期的德国。1962年联邦德国Gattys公司的内套管式密相静压输送装置开发成功，同年瑞士的Buhler公司外旁通管式密相输送装置、1969年英国的Warren Spring研究所研制的脉冲气力式气力输送装置相继问世。上述密相静压输送装置，具有低输送风速、高料气比和低耗气量以及显著减少物料破碎和管壁磨损等特点，弥补了稀相悬浮动压输送的缺点。上述技术的发展标志着近代气力输送的发展方向，使气力输送技术进入了一个崭新的阶段，英国、澳大利亚、瑞士以及中国等国家都对密相输送技术开展了大量研究，新的成果不断涌现。
按照气体在管道中的压力状态来区分，一般将气力输送分为吸送式和压送式两大类[7，8]。图1.1所示为吸送式气力输送系统示意图。利用安装在输送系统终点的风机或真空泵抽吸系统内的空气，在输送管中形成低于大气压的负压气流，因此是用低气压力的气流进行输送，又称为真空吸送。物料同大气一起从起点吸嘴进入管道，随气流输送到终点分离器内。物料颗粒受到重力或者离心力作用从气流中分离出来，空气则经过滤净化后，通过风机排入大气中。图1.2所示为压送式气力输送系统示意图。利用安装在输送系统起点的鼓风机，将高于大气压的正压空气通入供料装置中，与固体物料混合后，物料和空气流一起经输送管送到终点，经分离器分离进入料仓内，而空气则经过过滤后排入大气中。压送式可分为低压压送式和高压压送式两类。
上述的吸送式和压送式气力输送系统实质上属于传统的稀相气力输送，固
