基于电荷感应原理的粉尘质量浓度测量装置优化

井下煤矿 中的粉尘对煤 矿工人 的身体方面 ，粉尘可引起肺部病变 ，是造成井下劳动者尘肺
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｌｏｗ ｄｕｓｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｎｏｔ ａｃｃｕ— ｒａｔｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｉｐｅｓ’ ｄｉａｍｅｔｅｒ，ａｎｄ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｅｇｍｅｎｔ，ｔｈｒｏａｔ ｓｅｇｍｅｎｔ，ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｔｈｒｅｅ ｐａｒｔｓ，ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｄｕｓｔ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｖｅｎｔｕｒｉ ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔｓ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｇａｓ—ｓｏｌｉｄ ｔｗｏ ｐｈａｓｅ ｆ ｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｂｙ Ｆｌｕｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕｓｔ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｒｏａｔ ｓｅｇｍｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏｏｐ ｓｔａｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｐｉｐｅ ｄｉａｍ ｅｔｅｒ ｒａｔｉｏｓ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ Ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｌａｒ— ｇｅｓｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｒａｔｉｏ ｉｓ ０．６９．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒ ｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ３％ ．ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｕｓｔ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈａｒｇｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ；ｄｕｓｔ ｍｅａｓｕｒ ｉｎｇ；ｖｅｎｔｕｒｉ ｅｆｆｅｃｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｅ
基 于 电荷 感 应 原 理 的粉 尘质 量 浓 度 测 量 装 置 优化
刘丹丹 ，景 然 ，汤春瑞
（１．黑龙江科 技大学 电气与控制工程学 院，黑龙江 哈尔滨 １５００２２；２．中煤科工集团重庆研究 院有 限公 司，重庆 ４０００３７）
摘 要 ：对 于应 用 电荷 感应 法测 量低 浓度 粉 尘不 够精 确 的 问题 ，依 据 文丘 里 效应 ，提 出减 小现 有 测 量 管道 的 中间部分 管径 ，使之 依 次 形 成 收 缩段 、喉道 段 、扩 散 段 ３部 分 ，来提 高粉 尘颗 粒 的 运 动速 度 ，进 而增 大静 电传 感 器 的感应 电荷 量 。利 用 Ｆｌｕｅｎｔ软件 对 改进 的测 量 管道进 行 气 固两相 流仿真 ， 获得 管道 内粉 尘颗 粒速 度 分布 云 图及 喉道 段 内速度 值 。 对应 环 形静 电传 感 器 的数 学模 型 ，分 别 计 算 了不 同管径 比 下的感 应 电荷 量 。 结果表 明 ：改进 管 道 的 管径 比为 ０．６９时 ，静 电传 感 器上 的 感应 电荷 量最 大 。通过 测量 装置 的优 化 ，可将 测量精 度提 高 ３％ ，有效提 高 了低 浓度粉 尘 的测量 精度 。 关 键 词 ：电荷 感应 ；粉 尘测量 ；文 丘里 效应 ；数值仿 真 中图分 类号 ：Ｘ５１３ 文献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：０２５３－９９９３（２０１８）０３－０８９７—０６
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｓｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｍ ｅａｓｕｒｍ ｇ
ＬＩＵ Ｄａｎｄａｎ ，ＪＩＮＧ Ｒａｎ ，ＴＡＮＧ Ｃｈｕｎｒｕｉ ＇
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｆｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００２２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３７，Ｃｈｉｎａ）
第 ４３卷第 ３期 ２０１８年 ３月
煤 炭 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＡ ＣＯＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．３ Ｍ ａｒ． ２０１８
刘丹丹 ，景 然 ，汤春瑞 ．基于 电荷感应原 理的粉 尘质量浓 度测 量装置优 化 ［Ｊ］．煤 炭学报 ，２０１８，４３（３）：８９７—９０２．ｄｏｉ：１０．１３２２５／ｊ ｅｎｋｉ．ｊＣＣＳ．２０１７．０６９６ ＬＩＵ Ｄａｎｄａｎ，ＪＩＮＧ Ｒａｎ，ＴＡＮＧ Ｃｈｕｎｒｕｉ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｓｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｈａｒｇｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１８，４３（３）：８９７—９０２．ｄｏｉ：１０．１３２２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊＣＣＳ．２０１７．０６９６