[发明专利]基于离子示踪的气流速度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于离子示踪的气流速度测量方法，采用高压电离空气的方法产生示踪离子，提高了了感应信号的信噪比，因此本发明不受颗粒物浓度下限的限制，甚至不需要荷电颗粒物，避免了对待测对象状态的严格要求，测量范围更广，可用于复杂的多相流速度测量和颗粒物浓度较低的气流速度测量。

技术领域

本发明涉及气流速度检测领域，尤其是一种基于离子示踪的气流速度测量方法。

背景技术

目前，多相流系统广泛存在于能源、化工、电力及冶金等工业领域，尤其是热力厂和发电厂等场合中烟气的流动。通过对多相流关键参数的在线测量可以实现工业生产过程的优化控制，火电燃煤锅炉中燃烧过程的状态和效率受到其中各种多相流系统的影响，比如锅炉一次风管中煤粉的浓度、速度及质量流量直接影响锅炉的燃烧状况，烟道出口的烟气速度、成分和流量间接反映锅炉的燃烧效率。因此，实现流速的在线测量对提高工业生产效率，降低能源消耗具有十分积极的意义，可以带来巨大的经济效益和社会效益。

近年来，在各种测量技术的不断发展中，基于不同的测量原理，国内外学者已经开发了多种多相流的速度测量方法，如皮托管测量法、激光多普勒测量法、光学测量法、静电测速法、直接观察法等。皮托管气体流量计通过测量压力来测量流速，操作时将测速管放置在测点处，使管口与烟气流速方向垂直，测得该位置上的动压与静压之差，从而根据伯努利原理计算出该点的流速。由于皮托管的测量结果受气体的密度和安装角度等的影响，在烟气密度随时间变化的场合中应用时需要定期校验；而且在小流速(小于10m/s)测量时，由于皮托管产生的压力很小，对压差计的精度有较高的要求；此外，在含尘浓度较高的烟气中容易发生堵塞现象。激光多普勒速度测量的基本原理是利用流体的位移导致透射光产生频移来测量流速，具有原理简单、测量可靠等特点，在实验室研究中取得了重要进展，并得到了广泛的应用。但是激光多普勒速度测量系统设备昂贵，且仅适用于稀相悬浮流动条件，对于电厂等环境恶劣的场合适用性较差。直接观察法主要包括高速摄像、PIV技术、荧光粒子示踪等方法，可获得完整的烟气流动速度分布，但结果分析耗时，仅适用于实验室研究，不适合工业现场应用。光闪烁法是利用光通过烟气后光强起伏变化的相关性来获取气流的速度，在测量过程中光学窗口容易被粉尘污染，且对待测流体的颗粒粒径和含量有一定要求。对于静电相关测速法和空间滤波法，要求被测流体都含有带电颗粒，对于稀相无带电颗粒的气流，这两种方法都无法实现。另外，限制皮托管测量法和直接观察法应用的一个至关重要的因素这些方法属于延迟测量方法，无法实现烟气速度的瞬时测量，因此对于烟气流量实时监控和运行调控十分不利。

对于含有固体颗粒的流体，流动过程中颗粒与颗粒、颗粒与气体及颗粒与管壁的相互碰撞、摩擦及分离，会导致颗粒产生荷电现象。传统的静电测速法基于流动颗粒的静电特性来实现气体流速检测，测量系统具有结构简单、硬件成本低、适合于恶劣的工业现场环境等特点。对于颗粒较少或者无颗粒的气流，流动过程缺少带电粒子，也不易产生荷电现象，因此无法通过静电感应的方法获取此类气流的速度信息。因此，亟待解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于离子示踪的气流速度测量方法，能够满足多种气流通过的需求，结构简单，测量误差小，测量范围广。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于离子示踪的气流速度测量装置，包括：沿气流方向布置的用于产生示踪离子的高压离子发生源、用于检测反映气流流动信息的电荷感应信号的电荷感应传感器和将采集的电荷信号计算得出气流速度的信号处理装置；高压离子发生源、电荷感应传感器和信号处理装置依次相连。

优选的，高压离子发生源包括直流高压电源1、高压电缆2、电晕电极3和接地电极4；电晕电极3通过高压线缆2与直流高压电源1的正极相连，接地电极4通过高压线缆2与直流高压电源1的负极相连。

优选的，电晕电极3为锯齿状电极，接地电极4为平板状电极或锯齿状电极。