气固两相管网分流及管道变倾角输送阻力特性的研究

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我国的能源大多集中在中西部地区,随着东部地区国民经济的高速发展和对能源需求的不断增加,能源的供给及运输问题日益突出。目前,能源运输问题已经成为制约我国经济发展的瓶颈之一。  与传统运输方式相比,管道输送具有管路配置灵活、成本低、污染小、能耗少、便于自动化管理等优点,现已广泛的应用于能源,化工、冶金、建材及农业等领域,成为影响国民经济能否快速稳定发展的关键技术之一。  气力输送的研究内容主要包括:输送设备的输送方式、输送系统的布局、输送管道的阻力特性、管网分流时的流量分配特性、气力输送过程的控制与测量技术等。本文的主要研究内容是变倾角管路和管网系统分支管路中气固两相流的阻力特性和分支管路固相颗粒的流量分配特性的研究。  根据气力输送方式的固有特点,本文自主设计和建立了包括供料及混合系统、管路系统、变倾角试验系统、水平T型管网分流系统、自动控制系统、测试和数据采集系统和固相颗粒回收系统在内的一整套工艺设备,可以进行与此相关的各类试验。  本文的主要研究内容有:首先,在水平T型分支管道中,用压缩空气作为输送介质,对不同固相颗粒的输送过程进行分类研究,即分别以两种密度相同,但平均粒径不同的砂石和两种平均粒径相近,但密度明显不同的固相颗粒(空心玻璃珠和小米)作为研究对象,对各分支管道各自的阻力特性、分支管道相互间的压差变化情况,各分支管道固相颗粒流量分配特性以及两相物性参数变化对阻力和流量分配特性的影响进行了研究,  试验结果表明:在保持发送压力不变的前提下,输送气速和各分支管路上的流量控制阀门的开度变化,对分支管路各自单位长度上的压差和它们相互间的压差有显著影响,同时固相颗粒在各分支管路中的流量分配比也发生相应的变化,这主要是由于气固两相流在经过T型分支接头后,在各分支管路中的流动形态发生变化造成的,尤其在各分支管路上流量控制阀门的开度明显不同时,其流动形态的变化会不同步,导致各种条件下的分支管路之间的压差和流量变化规律都明显不同;同时,试验结果也证明,输送固相颗粒物性的变化对其结果也有较大的影响。  其次,本文还以两种平均粒径相近,但密度明显不同的固相颗粒(空心玻璃珠和小米)作为研究对象,对无分支变倾角管道系统气固两相流阻力特性进行了研究。试验结果表明:固气质量比、输送管道的倾斜角度,空气表观气速的变化对输送管道单位长度上的压差都有较大的影响,而被输送固相颗粒物性的变化对其结果也有一定的影响。本文对试验结果进行了归类、分析,探讨了固气比和倾斜角度改变时,输送管路阻力特性变化规律,对当前变倾角输送研究进行了建设性的扩展和补充。  最后,本文采用GRNN神经网络分别对管网分流输送时各分支管道的阻力特性和倾角改变时输送管道的阻力特性进行了模拟和预测,同时也采用改进型BP网络对管网分流系统固相颗粒在各分支管路中的流量分配特性进行了模拟和预测,从预测结果和试验结果的对比来看,本文选择的神经网络较为适合,其预测结果准确性较高,为相应气力输送过程的智能控制和系统优化奠定了基础。
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