電導(dǎo)-電磁傳感器兩相流測量機(jī)理研究.pdf

1、兩相流是自然界和工業(yè)生產(chǎn)過程中十分常見的流動形態(tài)，其參數(shù)的準(zhǔn)確檢測對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大而深遠(yuǎn)的意義。然而兩相流動特性復(fù)雜多變，相間存在復(fù)雜的界面效應(yīng)和相對速度，這使得兩相流流動參數(shù)的準(zhǔn)確檢測一直是科學(xué)研究與工業(yè)過程應(yīng)用中亟待解決的重要課題。為滿足多參數(shù)測量的需求，本文從兩相流動機(jī)理和流動過程參數(shù)檢測的基本方法出發(fā)，通過對傳感器的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的基本理論進(jìn)行分析，將電導(dǎo)式傳感器與電磁式傳感器相結(jié)合對兩相流的相含率和速度參數(shù)進(jìn)行測量，主要

2、內(nèi)容如下：
　　 ⑴基于電場對管道流體分布的敏感特性，采用有限元數(shù)值分析方法對電導(dǎo)式傳感器的電場進(jìn)行了研究，根據(jù)電場分布均勻性概念考察了弧狀電極弧度對電場分布的影響，在此基礎(chǔ)上對不同弧狀電極軸向長度下電場靈敏度和各種信息量進(jìn)行了深入研究，最終確定出電導(dǎo)式傳感器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸。
　　 ⑵在電磁式傳感器設(shè)計(jì)中，采用鞍形線圈激勵，電導(dǎo)弧狀電極作為測量電極的工作模式，對弧狀電極傳感器的權(quán)重函數(shù)分布進(jìn)行了計(jì)算，并與有限元數(shù)值仿真進(jìn)

3、行對比，得出弧狀電極結(jié)構(gòu)形式傳感器的權(quán)重函數(shù)分布比點(diǎn)狀電極的分布更均勻的結(jié)論；分析了弧狀電極傳感器在管道不同流速分布情況下的響應(yīng)特性，得到管道截面電位分布和測量電壓受流速分布影響較小的特點(diǎn)，證實(shí)了弧狀電極結(jié)構(gòu)形式傳感器用于兩相流測量的可行性；研究了激磁線圈的磁場特性，并確定了可以在測量區(qū)域產(chǎn)生均勻磁場的激磁系統(tǒng)參數(shù)。
　　 ⑶設(shè)計(jì)了用于氣液兩相流流動參數(shù)測量的電導(dǎo)/電磁式傳感器測量系統(tǒng)。采用分時(shí)測量的工作模式：電導(dǎo)式傳感器在測量

4、兩相流的相含率參數(shù)時(shí)，關(guān)閉勵磁激勵，弧狀電極作為激勵和采集電極；電磁式傳感器在對流體速度進(jìn)行測量時(shí)，施加勵磁激勵，弧狀電極作為電磁感應(yīng)信號的測量電極。
　　 ⑷通過實(shí)驗(yàn)研究，對電導(dǎo)/電磁式傳感器測量機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證。電導(dǎo)式傳感器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：被測介質(zhì)電導(dǎo)率變化時(shí)，電導(dǎo)測量值呈線性變化，與理論相符；在垂直管氣液兩相環(huán)狀流、泡狀流和段塞流的測量中，液相含率可以用測量電極之間的無量綱電壓值進(jìn)行預(yù)測。電磁式傳感器在軸對稱和非軸對稱流速分