管內氣固兩相流的靜電層析成像技術.pdf

1、氣固兩相流流動參數檢測對于兩相流體的理論研究以及工業(yè)生產過程的安全、經濟、高效運行均具有重要意義，但氣固兩相流動過程的復雜性和隨機性致使其流動參數的檢測難度很大。近年氣固兩相流檢測技術已成為多相流研究中的一個熱點。靜電層析成像技術(EST)是近些年發(fā)展起來的一門新型層析成像技術，它是在電容層析成像技術(ECT)的基礎上結合顆粒靜電理論和技術，用于測量氣固兩相流流動參數的檢測新技術。本文主要對EST技術進行了系統(tǒng)的研究，并且結合ECT技術

2、對二者信息融合進行了探討。
　　 本文首先對EST獲取靜電信號的陣列式靜電傳感器進行了研究。采用有限元分析的方法，利用ANSYS，ANSOFT和MATLAB軟件對影響陣列式靜電傳感器特性的結構參數進行了分析，包括極片的覆蓋角和軸向長度，絕緣管道的厚度和屏蔽罩的尺寸。在此基礎上通過對其動態(tài)靈敏度的分析研究了陣列式靜電傳感器的空間頻率分布特性，速度響應特性，以及極片長度對傳感器頻率特性的影響，從而為分析陣列式靜電傳感器的信號特征提供

3、了理論依據。
　　 在傳感器結構參數和動態(tài)特性研究的基礎上，對不同的靜電傳感器輸出信號的調理電路進行了實驗對比研究，最終確定選取電流放大電路作為EST的信號調理電路，并設計了一套實現EST的數據采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)采用8通道信號調理放大電路，通過多路切換開關實現單通道AD芯片對8路信號的轉換，數據通信采用了USB和485通信兩種設計。
　　 EST的圖像重建算法是實現EST圖像重建的重要手段。該部分主要包括對先驗信息靈敏

4、場的優(yōu)化，以及重建算法的優(yōu)化。根據陣列式靜電傳感器靈敏場不均勻分布的特點，采用了非等網格劃分的方法進行靈敏場的計算，較有效的克服了管道中心處靈敏度低的缺點。重建算法采用了收斂速度較快的Tikhonov迭代法，對Tikhonov迭代法正則化系數難以確定的問題，提出了一種奇異值分解選取最大奇異值作為正則化系數的方法，取得了較好的效果。為了提高圖像的分辨率，采用最大熵濾波的方法實現了對重建圖像的優(yōu)化。最后針對電荷全對稱分布重建質量差的缺點，提

5、出采用分割成像法和BP算法分別實現環(huán)狀和中心電荷分布的圖像重建，取得了較好的效果。
　　 在算法研究的基礎上，研究了荷電顆粒流動中顆粒對EST的影響。通過ANSOFT軟件建立了三維仿真模型，研究了電荷集中分布和分散分布在管內時顆粒分布對EST的影響。并且通過信號發(fā)生器模擬靜電信號，研究了顆粒分布對EST的影響。在重力輸送實驗臺，將ECT與EST傳感器相融合，研究了顆粒分布與電荷分布的關系，實驗發(fā)現重力輸送的垂直管段，顆粒分布與電

6、荷分布是比較一致的。為了提高EST重建圖像的質量，提出了采用ECT得到的顆粒分布改進EST重建圖像的方法，得到了較好的效果。由于顆粒流動中帶電的特性，還對管內電荷對ECT的影響進行了研究，研究發(fā)現電荷分布在管壁處對ECT的影響大于管中心的影響;并且管壁處的電荷主要對靠近電荷分布的極片作為檢測電極時的電容值影響較大。
　　 最后設計了應用于高壓濃相氣力輸送系統(tǒng)的厚管壁EST與ECT組合傳感器，通過高壓濃相氣力輸送臺對不同煤粉粒徑，