عنوان پایان‌نامه
تشخیص پیش هنگام کلوخه شدن ذرات در بسترهای سیال با استفاده از ارزیابی سیگنالهای صوتی بستر
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1752.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75385
- تاریخ دفاع
- ۱۹ تیر ۱۳۹۵
- دانشجو
- چیا سواری
- استاد راهنما
- رحمت ستوده قره باغ
- چکیده
- در این رساله تغییر در اندازه متوسط ذرات و همچنین تشخیص پیش¬هنگام کلوخه¬شدن ذرات در بسترهای سیال و فواره¬ای از طریق ارزیابی غیرخطی نوسانات فشار و سیگنال¬های صوتی بستر بررسی شده است. روش آنالیز غیرخطی نمودارهای تکرار و تحلیل کمی آن¬ها به عنوان روش غیرخطی بر مبنای نظریه آشوب برای بررسی رفتار هیدرودینامیک این بسترها در حین تغییر اندازه ذرات مورد استفاده قرار گرفته است. به این¬ منظور در ابتدا نوسانات فشار و سیگنال¬های صوتی بستر سیال در حضور ذرات ماسه مرجع با اندازه¬ متوسط 368 میکرون و سپس بستر حاوی 5%، 10% و 15% جرمی ماسه 835 میکرونی در ذرات مرجع اندازه¬گیری شدند. در مرحله بعدی، نوسانات فشار و سیگنال¬های صوتی، مشابه آزمایش¬های بستر سیال، در بستر فواره¬ای حاوی ذرات شیشه¬ای 1 و2 میلی¬متری ثبت گردیدند. نتایج این آزمایش¬ها نشان دادند که استفاده از سیگنال¬های صوتی و بررسی کیفی نمودارهای تکرار آن¬ها قادر به تشخیص تغییر در اندازه متوسط ذرات هستند، در حالی که این امر با بررسی کیفی نمودارهای تکرار نوسانات فشار قابل تشخیص نیست. تحلیل کمی نمودارهای تکرار نشان داد که هر دو دسته سیگنال¬های فشار و صوت قادر به تشخیص 10 میکرون تغییر در اندازه متوسط ذرات می¬باشند. پس از تایید توانایی روش ارائه شده در این تحقیق، جهت پایش اندازه متوسط ذرات در بسترهای سیال و فواره¬ای، این روش جهت تشخیص پدیده کلوخه¬شدن ذرات در بستر فواره¬ای به کار برده شد. به این ¬منظور نوسانات فشار و سیگنال¬های صوتی یک بستر فواره¬ای مخروطی حاوی ذرات شکر در حین افشاندن آب به دورن بستر اندازه¬گیری شدند. برای پیش¬بینی پدیده کلوخه¬شدن ذرات در این بستر سه متغیر نرخ تکرار، قطعیت و پایداری سامانه در طول فرآیند محاسبه گردیدند و نتیجه گرفته شد که هر سه متغیر با تشکیل کلوخه¬ها در بستر افزایش پیدا می¬کنند. این نتایج نشان می¬دهند که با تشکیل کلوخه در بستر سهم ساختارهای ماکرو در سامانه افزایش پیدا می¬کند و میزان قطعیت و پیش¬بینی¬پذیری بستر بیشتر می¬شود. همچنین نتایج نشان می¬دهند که متغیرهای تکرار سیگنال¬های صوتی نسبت به نوسانات فشار در فرآیند تشکیل کلوخه در بستر حساس¬تر هستند و در تمام سرعت-های گاز ورودی مورد مطالعه، متغیرهای تکرار سیگنال¬های صوتی محدوده اطمینان عدم وجود کلوخه در بستر را حداقل 25% سریع¬تر از متغیرهای تکرار نوسانات فشار قطع کرده¬اند. این امر نشان از توانایی بالاتر سیگنال¬های صوتی جهت تشخیص پیش¬هنگام کلوخه¬شدن ذرات در بسترهای سیال و فواره¬ای می¬باشد.
- Abstract
- An on-line and precise method for monitoring of average particle size and agglomeration detection in fluidized and spouted beds was developed using pressure fluctuations (PF) and acoustic emissions (AE) signal by recurrence plot (RP) and recurrence quantification analysis (RQA). PFs and AE signals were measured simultaneously in either a lab-scale fluidized bed or a spouted bed at various superficial gas velocities and mean particle sizes. Although the AE signals are often very complicated due to many different acoustic sources in the bed, applying the RP analysis showed that small changes in the mean particle size can be detected by visual comparison of AE-RP structures, while this cannot be distinguished by graphical analysis of RP-PFs. Moreover, the hydrodynamics of both fluidized and spouted beds was inspected through RQA analysis of both PFs and AE signals. For this purpose, recurrence rate, determinism, laminarity, average length of diagonal and vertical lines were extracted from the corresponding RPs. It was found that determinism, laminarity and average length of diagonal and vertical lines of both PFs and AE signals increase with an increase in the mean particle size. These trends showed that both pressure and acoustic signals approach to that of deterministic and periodic signals by increasing the mean particle size. Instabilities and agglomeration of particles in a conical spouted bed were investigated based on the RP and the RQA of PFs and AE signals. Experiments were carried out in a 45° conical spouted bed of sugar particles. Water was sprayed incrementally into the bed to produce agglomerates during the operation. The results showed that recurrence rate, determinism and laminarity of both PFs and AE signals increase during the agglomeration process which indicate that bed behavior becomes more periodic and deterministic in nature. Additional examination of the RQA parameters showed that AE signals are substantially more sensitive to the dynamical changes occurring in the bed compared to those of PFs, therefore, can detect changes earlier and more accurately. This highlights the potentials of AE measurements as an accurate, non-invasive and real-time monitoring tool for early detection of agglomerations in fluidized and spouted beds.
