矿用静电感应式粉尘浓度传感器的优化研究

发布时间：2021-03-26 15:38

　　针对目前静电感应式粉尘浓度传感器在低浓度时测量不精确的问题,利用卡门涡街与文丘里效应相结合的方法改进传感器的测量管道,提出在文丘里管道的喉道段加入一个三角柱,在两种流体力学效应的相互作用下,增加粉尘颗粒运动速度和改变运动轨迹,进而提高感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit 2.4中建立改进的试验模型,Fluent 6.3中设置气固两相流的试验参数进行仿真试验,得到粉尘颗粒的速度分布云图和运动轨迹图,利用环形静电传感器的感应电荷计算式,在MATLAB中计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:对比项目组研究的文丘里管道,改进的管道结构使感应电荷量整体提高约20%,粒径10μm以下提高约30%,从而提高了低浓度条件下粉尘浓度的测量精度。 

【文章来源】：矿业研究与开发. 2020,40(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

粉尘浓度检测原理

图1 粉尘浓度检测原理相关文献表明，带电颗粒通过环形静电传感器时，感应信号的大小与颗粒速度、测量管径、带电颗粒与感应电极之间的距离等因素有关[14-15]。现有的静电感应式粉尘浓度传感器的测量管道为直管管道，测量环境在低浓度条件下，直管管道内粉尘气流的速度因通流横截面面积不变而不变，单位时间内，粉尘颗粒之间、颗粒与管壁之间摩擦碰撞的次数较少，无法通过充分地碰撞和摩擦来产生静电荷，使得环形静电传感器的感应信号十分微弱，导致测量结果不准确。

针对现有的静电式粉尘浓度传感器测量粉尘浓度不精确的问题，利用文丘里效应与卡门涡街相结合的方法，对现有传感器的直管管道进行改进，设计一种精度高的测量管道，其结构如图3所示。将直管管道改变为具有收缩段、喉道段、扩散段的文丘里管道，并在喉道段卡装一个三角柱（涡街发生体），形成具有卡门涡街的测量管道。本设计结构的优势是：将测量管道设计为具有收缩段、喉道段、扩散段的文丘里管道，使含尘气流通过缩小的过流断面（即收缩段）时，产生文丘里效应，含尘气流会出现流速增大的现象，增加了粉尘颗粒的运动速度[16]。在喉道段加入一个三角柱，当含尘气流经过三角柱时，会产生卡门涡街[17]，两侧会出现旋转方向相反、排列规则的双列线涡，同时管道内会产生压力差，使粉尘颗粒运动趋于管壁，增加了粉尘颗粒与管壁之间的碰撞和摩擦的次数。根据上述影响静电传感器感应信号的相关因素，本设计结构能够使环形静电传感器的感应信号增强，从而提高在低浓度环境下的测量精度。

【参考文献】：
期刊论文
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[6]煤矿粉尘职业危害监测技术及其发展趋势[J]. 王杰,郑林江.  煤炭科学技术. 2017(11)
[7]综采工作面呼吸性粉尘分布规律研究[J]. 马胜利,晋继伟,王晔.  煤炭技术. 2017(04)
[8]基于气固两相流的粉尘质量浓度测量装置优化[J]. 刘丹丹,魏重宇,李德文,滕昱玲.  煤炭学报. 2016(07)
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博士论文
[1]基于静电传感器气/固两相流参数测量方法的研究[D]. 阚哲.东北大学 2010
[2]气固两相流颗粒荷电及流动参数检测方法研究[D]. 许传龙.东南大学 2006

硕士论文
[1]静电式气固两相流参数测试系统关键技术研究[D]. 刘秀.中北大学 2017
[2]粉尘浓度测量技术研究[D]. 刘小虎.西安工业大学 2013



本文编号：3101827