原创 管道输运粉体的质量

项目日期：2008年11月

气固两相流广泛的存在于自然界和工业生产过程中，应用管道气力输送工艺来传送煤粉、水泥、矿石、盐类以及面粉等都是属于典型的气固两相流流动。由于气固两相流本身性质的复杂性和测量当中的多种因素影响，对其测量一直是一个难点。在实际中，常常使用静电法对其进行测量，具体情况如下。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

粉体在输运的过程当中相互之间发生摩擦，粉体与管壁之间也发生摩擦，从而使其带上电荷，进而测量者可以通过对这些电荷的度量求出粉体质量与电量之间的对应关系，从电量上来求取所输运粉体的质量。

应用静电传感器检测带电颗粒的静电时，感兴趣的是带电粒子流所形成的静电流噪声，在静电传感器电极上产生的感应电荷总和，而不是电荷在电极上的分布。因此，只要颗粒在管道内径向位置和轴向位置确定了，在静电传感器电极上产生的总的感应电荷就是确定的。利用传感器测得不同时刻下对应的电量，记录下其变化曲线，将此曲线使用MATLAB进行拟合，得到一个较规则的结果，对代表有粉体通过的有意义的数据段进行积分，求取面积，就可以得到电量和质量之间关系的转换系数，即完成了对粉体的测量。

下图为测量得到的原始数据

纵坐标代表电荷量，横坐标代表时间。将上图中的数据分为三段如图，段A和C代表没有粉体通过测量部分，数据成一条直线，在这里称之为静态直线。段B代表有粉体通过测量传感器，即检测到了电荷，曲线的形状是不规则的。现需要求出有粉体通过测量部分的时间内的电荷总量，即求出电荷-时间坐标中B部分曲线与没有粉体通过时静态直线之间部分的面积。首先需要从原始数据中将B部分代表的数据取出，然后对这些数据进行拟合，得到一个规则的表达式，最后再求取积分。MATLAB程序如下：

文件experiment3.m

fip0=fopen('zm3216.dat','r');

[Azero,n]=fread(fip0,50000,'double'); %打开数据文件存入数组Azero中

total=[1:50000];

for count="1:50000"                     %寻找下阈值存入flag_low中

    if(Azero(count)<0.98)

        flag_low=count

        break;

    end

end

for count="flag"_low:50000             %寻找上阈值存入flag_high中

    if(Azero(count)>1.0)

        flag_high=count

        break

    end

end

L=flag_high-flag_low+1              %代表有粉体通过的数据的长度

for count="0:L-1"                     %将Azero中代表有粉体通过时的数据赋给Sample

    Sample(count+1)=Azero(flag_low+count);

end

x_Sample=[1:L];

a=polyfit(x_Sample,Sample,20)       %对代表粉体通过的数据进行20阶的拟合，拟合多项式的系数存放于数组a中

y=polyval(a,x_Sample);             

syms x;

k=poly2sym(a,'x');                

 %利用MATLAB中的poly2sym（）函数写出拟合后的多项式，用k来记录

ANSWER=L-double(int(k,x,0,L))       

%MATLAB中的int（）函数计算出曲线下的面积（求积分），求其互补部分即得结果，存放于数字ANSWER中

subplot(3,1,1);plot(total,Azero);grid    %画原始数据

subplot(3,1,2);plot(x_Sample,Sample,x_Sample,y,'r-.');grid  %画所截有效数据

subplot(3,1,3);plot(x_Sample,y);grid                %画拟合曲线

求取过程中所的图形如下：

第一幅图为测量所得原始数据，第二幅图为截取的有粉体通过测量装置时测得的数据，截取的下限阈值设置为0.98，上限阈值设置为1.00。第三幅图为对截取数据进行20阶拟合所得的曲线。由图可以看出，拟合所得曲线已较为规则，并且误差较小，可以用于积分计算。

计算结果：

截取数据第一点的横坐标：flag_low =6357；

截取数据最后一点的横坐标：flag_high =25613；

所截得的总样点数：L=19257；

计算所得最终结果：ANSWER =7.4294e+003，即ANSWER=7429.4