基于電學(xué)及射線成像技術(shù)的兩相流可視化研究.pdf

1、兩/多相流體的流動(dòng)過程不僅是日常生活和自然界的常見現(xiàn)象,而且廣泛存在于能源、石油、化工、冶金、制冷、宇航、醫(yī)藥、食品等現(xiàn)代工業(yè)過程中。其流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量,對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源的合理有效的利用有重大而深遠(yuǎn)的意義。然而,在兩/多相流的流動(dòng)過程中,由于相間流動(dòng)特性差異、相間界面復(fù)雜多變,使得多相流參數(shù)的精確測(cè)量一直是科學(xué)研究和工業(yè)過程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。因此,課題的研究從多相流可視化測(cè)量的角度出發(fā),對(duì)多相流的可視化測(cè)量手段,特別是層析成像技術(shù)進(jìn)行

2、了研究和分析,開發(fā)新型可視化測(cè)試傳感器用于多相流的過程參數(shù)的測(cè)量和分析。主要完成的工作如下:
　　1、基于FPGA技術(shù)及CompcatPCI技術(shù),設(shè)計(jì)并成功搭建了一套數(shù)字化電阻層析成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CompactPCI總線協(xié)議,具有穩(wěn)定性強(qiáng),傳輸速度快,可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?；贔PGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字解調(diào)等數(shù)字信號(hào)處理方法,提高了電阻層析成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度。成像實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明,該數(shù)字化電阻層析成像系統(tǒng)具有1300幅/秒

3、以上的采集速度,60分貝以上的信噪比和良好的成像性能,能夠滿足導(dǎo)電物質(zhì)為連續(xù)相的大多數(shù)工況的檢測(cè)要求。
　　2、基于電容法測(cè)量原理,提出了一種基于多段電極的軸向步進(jìn)法激勵(lì)模式。仿真結(jié)果證明,在該模式下,系統(tǒng)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后,其特征能夠直接進(jìn)行流型識(shí)別,不同液位層流的數(shù)據(jù)也具有明顯的特征。該方法主要考察兩相流體容性信息在由局部測(cè)量到全局測(cè)量過程中的信息響應(yīng)特征。
　　3、基于電容法測(cè)量原理,開發(fā)了可應(yīng)用于環(huán)形流通

4、區(qū)域中兩相流的可視化測(cè)量的環(huán)域局部聚焦成像傳感器。傳感器的靈敏度分析和仿真成像結(jié)果表明,該傳感器具有良好的靈敏度;通過傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),無需進(jìn)行復(fù)雜的成像算法,可直接進(jìn)行環(huán)域兩相流分布的成像,提供了一種針對(duì)環(huán)域流通工況下兩相流的可視化測(cè)試方法。
　　4、利用Wire-Mesh傳感器和超快X射線成像傳感器進(jìn)行了垂直上升管道氣液兩相流的泡狀流和彈狀流的實(shí)驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,提取出截面相含率的徑向分布,氣相速度的徑向分布和氣泡大

5、小分布等特征。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果證明,利用Wire-Mesh傳感器和超快X射線成像傳感器,在測(cè)量流體流動(dòng)瞬時(shí)過程,具有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率,提供了一種測(cè)量快速流動(dòng)兩相流瞬態(tài)參數(shù)測(cè)量的可行性方法。通過該兩種傳感器圖像數(shù)據(jù)提取的氣相含率徑向分布具有很高的一致性,偏差在4％以內(nèi);利用相關(guān)算法能夠計(jì)算出氣相速度徑向分布;在得到氣相截面含率和氣相速度后,可以進(jìn)行氣泡大小計(jì)算,最終得到氣泡大小分布情況,結(jié)果顯示,在測(cè)量氣泡大小分布時(shí),在泡狀流流型