基于Geant4的多相流γ-CT系統(tǒng)仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、多相流廣泛存在于石油、電力、采礦、化工等各種工業(yè)生產(chǎn)過程中，多相流的流動(dòng)型態(tài)、分相含率、流量等特征參數(shù)監(jiān)測和測量在整個(gè)工業(yè)過程中有著非常重要的作用。計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)，因其非侵入、可視化等特點(diǎn)，在工業(yè)多相流檢測領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。本文研究低能γ射線的多相流CT技術(shù)。
　　 本文首先簡要敘述了多相流測量技術(shù)、CT系統(tǒng)的基本理論及典型圖像重建算法，然后重點(diǎn)基于Geant4仿真軟件對系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行了研究，最后搭建實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對仿

2、真與實(shí)驗(yàn)所得圖像重建結(jié)果進(jìn)行討論和研究。主要的工作內(nèi)容如下：
　　 (1)系統(tǒng)搭建與仿真
　　 基于Geant4仿真軟件，完成多相流γ-CT系統(tǒng)三維物理模型的建立，模擬實(shí)現(xiàn)了射線在系統(tǒng)中微觀粒子的相互作用，獲得射線經(jīng)被測管道后衰減的仿真數(shù)據(jù)。研究了建立系統(tǒng)模型的基本步驟，并對不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，基于散射光子比，圖像相關(guān)系數(shù)和相對圖像誤差等優(yōu)化參數(shù)的指標(biāo)分析，對γ-CT系統(tǒng)的射線源、前后準(zhǔn)直器及探測器

3、陣列單元數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了具體的優(yōu)化方案。結(jié)合實(shí)際工業(yè)管道大小，構(gòu)建直徑為50mm，80mm，100mm管道5源并行γ-CT系統(tǒng)。
　　 (2)圖像重建算法
　　 研究了反投影與迭代重構(gòu)技術(shù)的幾種典型CT圖像重建算法，包括線性反投影、ART、Landweber代數(shù)迭代以及共軛梯度法等。運(yùn)用上述算法對系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，對比分析不同圖像重建算法的重建圖像質(zhì)量。
　　 (3)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)