電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量技術(shù)在氣液兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用研究.pdf

1、氣液兩相流在自然界及石油、能源、電力、化工與制藥等眾多工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛存在，其參數(shù)的準(zhǔn)確測量對氣液兩相流機理研究和相關(guān)生產(chǎn)過程的運行狀態(tài)監(jiān)測、過程控制及節(jié)能增效等都有著非常重要的作用。然而，由于氣液兩相流系統(tǒng)的復(fù)雜性與隨機性，其參數(shù)測量難度大，一直是科研及工業(yè)領(lǐng)域中長期沒能得到很好解決的難題。
　　電容耦合式非接觸電導(dǎo)測量(Capacitively Coupled Contactless ConductivityDetectio

2、n，C4D)技術(shù)是一種新型的電導(dǎo)檢測技術(shù)，具有非接觸的特點，避免了傳統(tǒng)接觸式電導(dǎo)測量中的電極極化、電化學(xué)腐蝕、電極污染等問題，為解決氣液兩相流參數(shù)測量問題提供了一條新的思路。本課題組已就C4D技術(shù)在氣液兩相流中的應(yīng)用進行了初步的嘗試，本學(xué)位論文在課題組已有研究的基礎(chǔ)上，進一步對C4D技術(shù)在氣液兩相流參數(shù)測量中的應(yīng)用可行性及潛力進行探究，研究工作圍繞毫米級管道展開，重點針對流速和相含率測量問題。
　　本學(xué)位論文中的主要創(chuàng)新點與貢獻如

3、下:
　　1、研發(fā)了兩種適用于毫米級管徑氣液兩相流參數(shù)測量的新型C4D傳感器——新型五電極C4D傳感器和新型三電極C4D傳感器。兩種傳感器分別借鑒Laugere等提出的基于電壓差測量的方法和本課題組提出的基于串聯(lián)諧振的方法來避免或消除耦合電容的不利影響。電導(dǎo)測量實驗結(jié)果表明，新研發(fā)的兩種傳感器是成功的，多種毫米級管道（內(nèi)徑分別為1.8 mm、2.8 mm、3.9 mm、5.3 mm和6.1 mm）下，電導(dǎo)率測量的相對誤差分別可小于

4、6％和5％。相對傳統(tǒng)C4D傳感器，兩種新研發(fā)C4D傳感器的電導(dǎo)測量范圍與測量靈敏度均得到了改善。其中，新型三電極C4D傳感器的性能（電導(dǎo)測量范圍、靈敏度、穩(wěn)定度和抗干擾能力）更好。
　　2、研究了C4D技術(shù)在毫米級管道內(nèi)氣液兩相流流速測量中的應(yīng)用可行性和潛力，結(jié)合互相關(guān)技術(shù)，提出了基于C4D技術(shù)的氣液兩相流流速測量新方法。該方法采用新研發(fā)的C4D傳感器測取上、下游氣液兩相流流體電導(dǎo)信號，對兩組信號進行互相關(guān)運算得到兩信號之間的渡越

5、時間，結(jié)合預(yù)先確定的校正系數(shù)，計算得出流速。為驗證所提出流速測量方法的有效性，針對單個氣泡以及典型泡狀流和段塞流流型進行了流速測量實驗，并分別對新型五電極C4D傳感器及新型三電極C4D傳感器的流速測量性能進行了研究。實驗結(jié)果表明，C4D技術(shù)能夠成功地應(yīng)用于氣液兩相流流速測量，具有很好的應(yīng)用潛力。所提出的結(jié)合C4D技術(shù)與互相關(guān)技術(shù)的流速測量新方法是有效的，五種管道（內(nèi)徑分別是1.8 mm、2.8 mm、3.9 mm、5.3 mm及6.1

6、mm）下流速測量的精度均令人滿意，采用五電極C4D傳感器進行流速測量相對偏差可小于10％，采用三電極C4D傳感器進行流速測量相對偏差可小于6％。
　　3、研究了將C4D技術(shù)應(yīng)用于毫米級管道氣液兩相流相含率測量中的可行性，提出了氣液兩相流相含率測量新方法。該方法針對不同的典型流型分別地建立相應(yīng)的相含率測量模型。實際測量中，首先通過新型三電極C4D傳感器獲取氣液兩相流流體的電導(dǎo)信號，然后根據(jù)所獲電導(dǎo)信號進行流型辨識，判別實時流型，最后

7、依據(jù)流型選擇相對應(yīng)的相含率測量模型來計算獲得相含率值。其中，流型辨識環(huán)節(jié)采用統(tǒng)計分析方法和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)方法對電導(dǎo)信號進行特征提取，采用支持向量機(Support Vector Machine，SVM)方法來建立流型分類器，將所提取的特征向量輸入至流型分類器實現(xiàn)流型辨識。相含率測量模型通過最小二乘法建立。研究結(jié)果表明，C4D技術(shù)應(yīng)用在毫米級管徑氣液兩相流相含率測量中是可行