气固两相流流动参数检测方法研究

论文摘要

随着科学技术的发展，气固两相流体系越来越广泛的存在于现代工农业生产中，如电厂发电、钢铁冶金、流化床反应装置中的气/固两相流以及粮食的气力输送等，它们都涉及到气固两相流体系。气固两相流各种流动参数的精确测量与实时监测都关系到生产过程的稳定运行以及产品质量的高低。由于气固两相流属于复杂流动体系，其流动参数的检测方法一直以来都是一项亟待解决的技术难题。电容层析成像技术以其非接触及可视化等优点成为目前两相流参数检测方法的研究热点。本文选择电容层析成像技术作为切入点进行了以下研究：首先，文章对电容层析成像技术进行了系统的分析与研究，并且利用大型有限元分析软件ANSYS建立了二维、三维立体模型，方便快捷的得出了仿真电容值，相比较于利用MATLAB或者VC编程的方法获得电容值缩短了开发时间并降低了开发成本。其次，通过对应用于电容层析成像技术中的典型的八电极结构传感器进行深入的分析与实验仿真，文章给出了此结构传感器的灵敏度分布，并且利用神经网络对实验管道内部的物像分布进行了图像重建。结果表明，八电极电容传感器没有均匀的灵敏场分布以及较高的灵敏度，这给图像重建的精确度造成了一定的影响。最后，为了解决图像重建问题，本文又对同轴电容传感器和螺旋式电容传感器进行了实验仿真。结果表明，这两种不同类型的传感器都具有均匀的敏感场和较高的灵敏度，而且这两种结构类型的传感器所测得的电容值只与固相介质的浓度大小有关，与气固两相流流型的变化没有关系。因此，电容值可以直接反映出固相浓度的大小，从而避免了通过图像重建获得固相浓度这一步骤。基于以上仿真研究，同轴电容传感器和螺旋式电容传感器结合互相关技术可应用于气/液、液/液、气/固两相流相浓度、速度参数的在线检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 气固两相流参数检测的国内外研究现状
• 1.2.1 浓度测量方法概述
• 1.2.2 速度测量方法概述
• 1.3 气固两相流参数检测的难点
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 电容层析成像技术
• 2.1 过程层析成像技术特点、用途及发展现状
• 2.2 电容层析成像系统的构成及工作原理
• 2.2.1 电容层析成像系统概述
• 2.2.2 ECT 系统的构成及工作原理
• 2.3 ECT 系统正问题分析
• 2.4 ECT 系统图像重建即逆问题分析
• 2.5 ECT 技术面临的问题与难点
• 2.6 本章小结
• 3 有限元分析法
• 3.1 电容传感器阵列仿真研究的必要性
• 3.2 有限元法概述
• 3.3 有限元分析软件 ANSYS 简介
• 3.3.1 ANSYS 分析电容传感器的步骤
• 3.3.2 APDL 语言简介
• 3.4 本章小结
• 4 基于 ANSYS 的八电极传感器电场分析
• 4.1 ECT 有限元模型剖分
• 4.2 ECT 模型的二维及三维电场仿真
• 4.3 ECT 敏感场的效应
• 4.4 ECT 八电极传感器敏感场灵敏度系数分析
• 4.5 本章小结
• 5 八电极 ECT 传感器二维成像
• 5.1 基于特征值的图像重建技术
• 5.2 神经网络介绍
• 5.3 BP 神经网络结构及其原理
• 5.4 流型辨识
• 5.5 BP 神经网络图像重建分析及其训练流程
• 5.5.1 基于 BP 网络的特征值计算
• 5.5.2 特征值输出结果与实际值比较
• 5.6 本章小结
• 6 同轴电容传感器与螺旋电容传感器的仿真分析
• 6.1 同轴电容传感器的结构
• 6.2 极板间电容值与相浓度仿真分析计算
• 6.3 基于同轴电容传感器的相关测速
• 6.3.1 基本原理
• 6.3.2 基于 MATLAB 的互相关仿真分析
• 6.4 螺旋式电容传感器的提出
• 6.4.1 三维模型结构及其实验仿真
• 6.4.2 螺旋式电容传感器结构参数对电容值的影响
• 6.5 螺旋电容传感器的灵敏度分析
• 6.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 部分软件代码
• 在学研究成果
• 致谢