平行弦絲電容傳感器兩相流測量特性研究.pdf

1、許多工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛存在兩相流流動現(xiàn)象，如石油，能源，制藥和日用化工等行業(yè)生產(chǎn)過程中。在這些工業(yè)生產(chǎn)過程中，兩相流各分相流量、相含率等流動參數(shù)的準(zhǔn)確測量對生產(chǎn)過程的優(yōu)化、控制和可靠運行均具有重大意義。由于兩相流流動是一個復(fù)雜多變量的非線性動態(tài)過程，其流動結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度隨機性、不穩(wěn)定性及多態(tài)性，所以兩相流流動過程中參數(shù)難于測量。本課題研究工作以小管徑油水和汽水等兩相流為測量對象，以測量管截面相含率的電容傳感器為研究對象，主要內(nèi)容為電容傳感

2、器的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化與電容測量系統(tǒng)的設(shè)計。
　　 首先，在歸納總結(jié)國內(nèi)外電容傳感器研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型的測量兩相流截面相含率的電容傳感器，即陣列平行弦絲電容傳感器。利用有限元法在靜電場分析中的優(yōu)勢，通過計算機輔助設(shè)計，對該傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)相對靈敏度、均勻性誤差等優(yōu)化指標(biāo)，對于陣列平行弦絲電容傳感器進行二維靈敏場的優(yōu)化仿真，得出了幾何結(jié)構(gòu)各參數(shù)對于靈敏場的影響情況；不同結(jié)構(gòu)參數(shù)與安裝傾角的平行弦絲電容傳感

3、器對于水平油水層狀流的響應(yīng)情況進行了分析。結(jié)合靈敏場與流型響應(yīng)情況，最終得到了最優(yōu)傳感器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 其次，在對電容測量系統(tǒng)設(shè)計時，采用交流激勵的測量方式。根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果制作了陣列平行弦絲電容傳感器，應(yīng)用該傳感器進行了水平油水層狀流靜態(tài)實驗和垂直氣液兩相流動態(tài)實驗。結(jié)果顯示該傳感器對層狀流截面相含率響應(yīng)有較好的線性度和靈敏度，對不同截面相含水率和不同流型的氣液兩相流也有很好的靈敏度。
　　 最后，根據(jù)相關(guān)流速

4、測量原理對垂直氣液兩相流相關(guān)性進行了分析，結(jié)果表明陣列平行弦絲電容傳感器有很好的總流量測量特性；采用小波變換模模極大值(WTMM)方法對三種典型氣液兩相流的測量信號的多重形進行了分析。通過Hurst指數(shù)的計算，泡狀流是單形信號，段塞流與混狀流是多重分形信號。運用多尺度時頻域的方法研究了不同流型的運動特征。結(jié)果表明不同流型信號在各個尺度上表現(xiàn)不同。泡狀流信號無論是在尺度還是在低尺度分解下，其Hurst指數(shù)都是常數(shù)，只有單形結(jié)構(gòu)；段塞流信號