两相流电容层析成像技术的研究

论文摘要

电容层析成像技术是上世纪80年代末由英国曼彻斯特大学研究人员提出的一种新的计算机层析成像技术,它是通过测量物体表面周围电极之间的电容值来计算物体内部介电常数的空间分布,主要用于工业管道内的多相流检测。这种技术可提供常规仪器无法探测的封闭管道及容器中多相介质的浓度、分布、运动状态等可视化信息。比之其它技术,电容层析成像技术具有适用范围广、非侵入式、安全性能好等优点,各种工业生产过程中常见的多相流均能应用该技术,并且成本低廉,更适合我国的国情。本文针对电容层析成像系统的场域分布模型、传感器的优化设计、图像重建算法、流型辨识及电容层析成像系统的分析和测量软件等关键技术问题进行了较全面深入的研究,主要完成了以下工作:1.电容层析成像系统技术原理分析从理论上分析了电容层析成像技术的工作原理,建立了电容敏感场的数学模型。对系统的其他研究工作均以此模型为理论基础,从系统的流型识别和图像重建的效果来看,此模型是可行的。2.建立电容敏感场有限元模型,获得电容敏感场分布信息通过对敏感特性的分析建立了等间距和不等间距剖分形式的有限元模型,完成场域自动剖分,比较等间距和不等间距剖分的敏感差别,最后得到一种适合油水两相流流型识别的有限元模型,满足图像重建对敏感场数据的精度要求。3.电容传感器的设计理论与实验研究针对不同的结构参数对电容传感器性能的影响,从电极数、电极长度、电极张角、管道壁厚度、介电常数、屏蔽罩与电极间绝缘层的厚度、径向电极等方面进行理论分析,完成了计算机仿真分析和实验分析,并以此为基础对传感器进行优化设计,提高敏感场的灵敏度和均匀性,减轻测量电路的设计难度,完善了电容传感器设计理论。4.流型辨识、图像重建算法研究为了克服成像过程测量数据有限、信噪比低及敏感矩阵条件数偏大对实

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究问题的背景
• 1.2 多相流检测技术研究的意义
• 1.3 多相流检测技术国内外研究现状与发展趋势
• 1.4 流动层析成像技术概述
• 1.5 课题的来源及论文主要研究的内容
• 第2章 电容层析成像系统的技术原理
• 2.1 电容层析成像系统的组成结构
• 2.2 电容层析成像系统的工作原理
• 2.3 敏感场分布函数及图像重建的原理模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 电容层析成像系统场域有限元建模和分析
• 3.1 有限元建模和分析方法
• 3.2 电磁场的有限元分析
• 3.3 电容层析成像系统场域有限元模型
• 3.4 场域的剖分
• 3.5 求解极板电容值
• 3.6 敏感场分布计算及可视化显示
• 3.7 本章小结
• 第4章 电容传感器的参数优化设计
• 4.1 传感器优化设计的意义
• 4.2 结构参数对传感器性能的影响
• 4.3 传感器结构的优化设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 电容层析成像流型辨识和图像重建
• 5.1 流型辨识概述
• 5.2 流型辨识管道截面图像重建数学模型
• 5.3 流型辨识正则化广义逆图像重建算法
• 5.4 流型的模糊辨别
• 5.5 实验结果及及分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于图像重建的分相含率计算
• 6.1 图像重建数学模型
• 6.2 ART 算法及其改进
• 6.3 遗传算法图像重建
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间取得的科研成果
• 致谢