超声法测量颗粒两相流粒径及浓度的理论及实验研究

论文摘要

在测量颗粒两相流粒径及浓度的众多技术中,超声法以其无可比拟的优势得到各国研究人员的重视。例如:声波具有较宽的频率范围,可以确保粒径的测量范围宽;声波穿透性能强,适合高浓度,无须稀释的测量;超声测量装置具有非接触特点,适合在线测量;超声测量系统自动化,智能化程度高,能进行快速实时测量等。超声法正成为一门快速发展、应用前景宽广的颗粒两相流测量技术。本文工作围绕超声法颗粒两相流粒径及浓度测量展开,分理论研究和实验研究两个部分。第二章中简介现有颗粒粒径测量技术以及超声颗粒两相流技术方面的发展现状及特点。第三章中介绍超声法颗粒两相流测量中超声特征量概念。第四章中介绍运用在高浓度,长波长,颗粒相和流体相密度差较大条件下的耦合相模型的概念,发展历程,以及占有重要地位的Urick模型,Harker&Temple模型,和考虑热效应的Evans和Attenborough模型。针对耦合相模型无法描述散射现象的特征,提出用耦合相加一经典散射模型的简单叠加来描述特定颗粒粒径区间上声衰减量的方法。第五章中介绍超声颗粒两相流测量装置四个系统的组成:超声换能器与信号接收系统;数据采集系统;计算机数据处理系统以及超声测量区系统。超声测量区系统又可分为三种不同类型。第七章和第八章中介绍了矿浆类水煤浆和河流泥沙的超声法测量结果,利用声衰减谱的方法测量水煤浆和河流泥沙颗粒粒径分布。分别用声速标定的方法和超声反射式多次回波阻抗法测量水煤浆浓度。以及利用不同粒径以及粒径分布范围的颗粒中声衰减有可能一致的特点,给出了一个新的利用声衰减的方法测量泥沙含沙量的方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 参考文献
• 第二章 颗粒测试方法综述与超声法测粒技术发展
• 2.1 颗粒测试方法综述
• 2.1.1 筛分法
• 2.1.2 显微镜法
• 2.1.3 沉降法
• 2.1.4 电感应法
• 2.1.5 光散射法
• 2.2 超声法测粒技术发展
• 2.3 本文工作
• 参考文献
• 第三章 超声法颗粒两相流测量基本概念
• 3.1 超声的产生
• 3.2 超声波特征量
• 3.2.1 声压
• 3.2.2 声速
• 3.2.3 声特性阻抗
• 3.2.4 声强
• 3.2.5 声衰减
• 3.2.5.1 吸收损失
• 3.2.5.2 散射
• 3.2.5.3 粘性损失
• 3.2.5.4 热损失
• 3.2.5.5 结构损失
• 3.2.5.6 电声损失
• 3.3 超声在两种媒质界面上的反射、透射
• 3.3.1 声波入射到两种非固体媒质平界面上
• 3.3.2 声波入射到液-固媒质的平界面上
• 3.3.3 声波入射到固-液媒质的平界面上
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 超声法颗粒两相流测量理论
• 4.1 超声法颗粒测量理论与物理模型研究
• 4.1.1 ECAH 模型
• 4.1.1.1 ECAH 模型简介
• 4.1.1.2 ECAH 理论的拓展和简化
• 4.1.2 耦合相模型
• 4.1.2.1 Urick 理论模型
• 4.1.2.2 流体动力学耦合相模型概念
• 4.1.2.3 Harker&Temple 模型
• 4.1.2.4 考虑热效应的耦合相模型
• 4.1.3 BLBL 模型与模型的线性叠加理论
• 4.1.4 反演算法
• 4.2 其他超声测量浓度方法
• 4.2.1 超声液体浓度计
• 4.2.2 超声悬浊液浓度计
• 4.2.3 利用声阻抗的测量方法
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 实验装置与实验方案
• 5.1 超声换能器和超声脉冲发射接收系统
• 5.2 数据采集系统
• 5.3 计算机数据处理系统
• 5.4 超声测量区系统
• 5.4.1 直接接触式脉冲回波法
• 5.4.2 反射式脉冲回波法
• 5.4.3 反射式多次回波脉冲法
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 矿浆类颗粒两相流实验结果与讨论
• 6.1 水煤浆粒径分布测量
• 6.1.1 声衰减模型的选择
• 6.1.2 反演算法和实验装置的选择
• 6.1.3 实验结果与讨论
• 6.2 采用声学特征量标定方法的浓度测量
• 6.2.1 声时测量装置与声速模型
• 6.2.2 颗粒尺寸与超声频率对水煤浆中声速的数值模拟
• 6.2.3 水煤浆中考虑温度影响的修正 Urick 方程
• 6.3 超声反射式多次回波阻抗法测量颗粒两相流浓度和密度
• 6.3.1 实验装置与测量原理
• 6.3.1.1 声阻抗率的测量
• 6.3.1.2 声速测量
• 6.3.2 实验数据与分析
• 6.3.2.1 水煤浆实验数据
• 6.3.2.2 二元溶液实验数据
• 6.3.2.3 温度影响
• 6.3.2.4 发射功率的影响
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 河流泥沙实验结果与讨论
• 7.1 超声衰减谱法测量河流泥沙粒径分布
• 7.1.1 泥沙颗粒粒径测量方法综述
• 7.1.2 超声衰减谱法的基本原理
• 7.1.3 实验装置
• 7.1.4 实验数据和分析
• 7.1.4.1 相同浓度不同粒径分布泥沙测量
• 7.1.4.2 不同浓度相同粒径分布泥沙测量
• 7.1.4.3 测量结果讨论与分析
• 7.2 河流泥沙含沙量（浓度）测量的讨论
• 7.2.1 含沙量测量方法综述
• 7.2.2 超声衰减法标定测量的讨论
• 7.3 本章小结
• 参考文献
• 第八章 结论与展望
• 8.1 本文的理论分析和实验研究的结论
• 8.2 对后续工作的展望
• 致谢
• 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
• 后记