输浆管道液-固两相流静电场特性研究.pdf

第 4 1卷 第 8期 2 0 1 5年 8月 Vo 1 ． 4 1 NO ． 8 Au g ． 2 0 1 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 8 0 0 7 6 0 6 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 1 9 王湃， 汪梅 ， 马宪民． 输浆管道液一 固两相流静 电场特性研究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 8 7 6 8 1 ． 输浆管道液一 固两相流静电场特性研究 王湃 ， 汪梅 ， 马 宪 民 西 安科 技大 学 电气 与控 制工 程学 院 ，陕西 西 安 7 1 0 0 5 4 摘 要 利 用有 限元 方 法建 立 了输 浆 管道 内液一固 两相 流 矿 浆 的静 电场模 型 ， 以检 测 灵敏 度 为媒 介 ， 对 液一固两相 流 的软 场特性 进行 深入 研 究 ， 分析 了矿 浆 的流 速 、 固体 颗粒 大 小、 结 垢 、 浓 度对 软 场 特 性 的影 响 ， 得 出了如 下 结论 在矿 浆流速 越低 、 矿 浆 固体 颗 粒越 大和 结垢 层越厚 时 ， 灵敏 度分 布越 不均 匀； 矿 浆 浓度 的 变 化越 大 ， 对灵敏 度 影响越 大。这 一结论 为输 浆 管道液 一固两相流 的 可视 化检 测提 供 了技 术 支撑 。 关键 词 输浆 管道 ；液 一固两相流 ； 有 限元 法 ；电阻层析 成像 ； 软 场 特性 中图分 类 号 TD 6 7 文 献标志 码 A 网络 出版 时 间 2 O 1 5 0 7 3 l 1 5 3 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 3 1 ． 1 5 3 7 ． 0 1 9 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 0 3 ； 修 回日期 2 0 1 5 - 0 6 0 8 ； 责任编辑 张强。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 4 0 5 3 8 1 ；西安科技大学培育基金项 目 2 0 1 3 1 4 作者简介 王湃 1 9 7 9 一 ， 男， 辽宁丹 东人 ， 讲 师， 博士 ， 现主要 从事无 损检测 技术 、 工 业过 程成像 技术 、 生物信息 检测 技术 方面 的研 究工作 E ma i l wa n g p a i 2 0 1 3 x u s t ． e d u ． C D 。 电阻率 的增 长相 较于 自然 原煤 试样趋 于缓 慢 。 3 将 Ar c h i e 公 式 与破 裂 过 程 中煤 岩 孔 隙率 的动态变化方程结合 ， 初步推导 出含水煤岩试样在 单 轴压 缩破 坏过 程 中 电 阻率 随孑 L 隙 率 变化 的规 律 ， 在 含水 原煤 试样 剧烈 破坏前 电阻率 与孔 隙率基 本呈 负 相关关 系 。 参考文献 [1 ] [ 2] [3 ] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] 王恩元 ， 何学秋 ， 李 忠辉 ， 等． 煤岩 电磁辐 射技 术及其 应用[ M] ． 北 京 科学 出版社 ， 2 0 0 9 1 - 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1 2 ] 。② 当矿浆 的流速 低 于 临界速 度 时 ， 矿 浆将产 生 固体颗 粒沉 淀 ， 在 管 道 内部 内形 成 液 一固分 界 层[ 1 。③ 粒 子 在 输 送 过 程 中的互 相作 用 可能 促使 颗粒 结 块 ， 结 果 形 成 更 大 的 颗 粒 。另外 ， 许 振 梁 等 口 ] 研 究 表 明 ， 管 道 堵 塞 原 因 主要有 以下 4种 ① 流速 过低 ， 引起 固体 颗 粒沉 淀 。 ② 矿浆级配与最大颗粒尺寸过大， 引起楔入现象 。 ③ 矿浆浓度过大造成管道堵塞。④ 固体颗粒在管 壁 结垢 ， 造成 管道 堵塞 。 4 矿 浆管道 液一固两相 流软 场特 性仿真 试 验 由第 3节 分 析 可 知 ， 矿浆 的 流 速 、 固体 颗 粒 大 小 、 浓度 、 管壁 结垢 4种 原 因均可 引起 管道 堵塞 。所 以 ， 本文 以灵 敏度 为 媒 介 ， 分 别研 究 流速 、 固体 颗 粒 大小 、 浓度 、 管 壁结 垢 4种 因素 对 E RT 敏感 场 所 产 生 的 影 响 。采 用 有 限 元 方 法 建 立 E R T 敏 感 场 模 型。1 6电极 E R T传感器电极分布如图 2所示。管 道半 径 为 1 0 0 mm， 敏 感 场 剖 分 为 6 2 5个 节 点 ， 1 1 5 2个单 元 。 I 扑 测 撕 雷 遭 半 径 ／ mm 图 2 1 6电极 E R T传 感器电极分布 4 ． 1矿浆 流速 对敏 感场 的影 响 4 ． 1 ． 1 矿 浆流 速高 于临 界流 速时 的敏感 场分 布 矿 浆 流 速 高于 临 界 流速 时 ， 矿 浆 可看 作 均 匀 介 质 。仿 真条 件 如下 激 励 电 流 卜 1 mA， 矿 浆 电 导 率 d r 一 0 ．1 mS ／ ram。 N 电 极 的 传 感 器 产 生 N一2 ／ 2 种 不 同 的敏 感 场 分 布 ， 由于 圆 形 敏 感 场 具 有对 称 性 ， 所 以 ， 只考 察 1 2电 极激 励 时 4个 典 型位置的灵敏度分布 ， 如 图 3所示。虽然矿浆可看 作 是均 匀介 质 ， 但 是 敏 感 场 内 的检 测 灵 敏 度 分 布并 不均匀 。敏感场内有 正灵敏度 区与负灵敏度 区， 负 灵 敏度不 能 简单 地做 零 值 处 理 ， 否 则 会 带 来更 大误 差 。灵 敏度 分布 整体 呈 马鞍 状 分 布 ， 随 着 测 量 电极 的改变 向两侧 弯 曲 。显 然 ， 敏 感 场 边 缘 区域 的 灵 敏 度较高 ， 最大值出现在靠近激励电极与测量电极处 ， 敏感 场 中心 区域 的灵 敏度较 低 。 4 ． 1 ． 2 矿浆 流速 低 于临界 流速 时 的敏感 场分 布 矿浆流速低于临界流速时 ， 矿浆将产生固体颗