電容傳感器三維有限元模型研究及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、密相氣力輸送粉體系統(tǒng)的流型變化對流體的流動特性及參數(shù)檢測具有重要的影響。為了更好地分析流體的流動特性對于傳感器輸出的影響，本文進(jìn)行流體數(shù)值模擬仿真方法研究，為實現(xiàn)流場和靜電場耦合奠定基礎(chǔ)。本課題以密相氣力輸送過程為研究背景，以螺旋極板電容式相濃度傳感器為研究對象，以有限元分析軟件ANSYS和流體分析軟件FLUENT為研究平臺，以模擬仿真和實驗驗證為研究方法，對傳感器進(jìn)行優(yōu)化和討論。主要完成如下工作:
　　(1)對密相氣力輸送中的基

2、本概念和動力學(xué)理論進(jìn)行了研究;應(yīng)用FLUENT流體分析軟件建立了氣固兩相湍動雙流體模型，對流動過程進(jìn)行仿真，分析了水平管道內(nèi)濃度分布、速度分布;研究了不同工況下的密相氣力輸送的流動特點(diǎn)，并模擬實現(xiàn)了柱塞流和沙丘流型;
　　(2)研究了螺旋極板電容式相濃度傳感器優(yōu)化設(shè)計的理論基礎(chǔ)，即傳感器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)、測量原理以及靜電場的有限單元法;應(yīng)用ANSYS有限元仿真軟件，建立了合理的螺旋極板電容式相濃度傳感器三維有限元模型;采用電荷法計算

3、極板上的電容;根據(jù)靈敏度定義計算電容敏感場的分布;
　　(3)通過有限元仿真計算，分析了各個結(jié)構(gòu)參數(shù)對徑向均勻性和軸向均勻性的影響;對工業(yè)上常用的兩種管道進(jìn)行傳感器優(yōu)化設(shè)計，得到了均勻性較好的傳感器結(jié)構(gòu);針對不同管徑的管道，設(shè)計了不同的傳感器模型，以滿足工業(yè)需要;
　　(4)模擬柱塞流流型，對優(yōu)化后的傳感器進(jìn)行仿真驗證;在實驗室條件下，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果制作傳感器;制作不同濃度的柱塞流模型，進(jìn)行實驗驗證，實驗結(jié)果與仿真計算結(jié)果