基于半导体激光传感器测量方法的两相流流动特性研究

论文摘要

本文提出了一种半导体激光传感器的两相流测量方法,该方法属于光学测量方法,不受流体导电性的影响。通过在同一截面上安装多对半导体激光传感器来考察流体在管截面方向的流动特性,从而对流体流动变化过程进行更详细考察和研究。对获取气液两相流和油水两相流实验中获取的激光测量信号,采用了时频域分析中的S变换方法进行处理。首先通过不同频率特征的信号对S变换方法进行了仿真试验,结果表明S变换方法比常规Wigner-Ville时频分析方法具有更好的时频聚集性,经对实际激光动态信号处理结果表明,S变换分析方法可有效地分辨包括过渡流型在内的气液两相流流型。此外,利用不同方向传感器测量信号提取出了分形盒计数维数随气相流量的变化关系,发现泡状流具有更加复杂的动力学特性;流型由泡状流向段塞流转化时,其分形维数逐渐降低,表明在流型转化过程中,其动力学复杂性逐渐降低;由段塞流向混状流转化过程中,分形维数逐渐增加,表明其动力学复杂性逐渐增加。研究结果表明采用半导体激光传感器测量方法可较好地揭示气液两相流流动特性,是一种两相流流型研究的有效测量方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 两相流研究意义
• 1.1.1 两相流分类
• 1.1.2 两相流研究意义
• 1.2 两相流测量方法
• 1.3 本课题主要研究内容及创新点
• 第二章 两相流光学测量原理
• 2.1 光学测量方法
• 2.2 透射法
• 2.3 光学探针法
• 2.4 激光测量方法
• 第三章 两相流半导体激光传感器测量系统设计
• 3.1 半导体激光传感器测量系统构成
• 3.2 激光传感器系统设计
• 3.2.1 激光发射器及选择
• 3.2.2 光敏接收元件选择
• 3.3 调理电路设计
• 第四章 两相流激光测量动态试验与分析
• 4.1 两相流动态试验简介
• 4.2 激光测量信号初步分析
• 4.3 激光波动信号与流型特征分析
• 4.3.1 垂直上升气液两相流激光信号特征
• 4.3.2 垂直上升油水两相流激光信号特征
• 第五章 两相流激光测量信号S 变换与流型表征
• 5.1 时频域分析方法
• 5.1.1 Wigner-Ville 时频分布
• 5.1.2 S 变换
• 5.1.3 广义S 变换
• 5.1.4 激光测量信号的S 变换与流型表征
• 5.2 激光测量信号的分形分析
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢