基于電學及射線成像技術的兩相流可視化研究.pdf

1、兩/多相流體的流動過程不僅是日常生活和自然界的常見現(xiàn)象,而且廣泛存在于能源、石油、化工、冶金、制冷、宇航、醫(yī)藥、食品等現(xiàn)代工業(yè)過程中。其流動參數(shù)的測量,對于國民經濟發(fā)展、資源的合理有效的利用有重大而深遠的意義。然而,在兩/多相流的流動過程中,由于相間流動特性差異、相間界面復雜多變,使得多相流參數(shù)的精確測量一直是科學研究和工業(yè)過程中的熱點和難點。因此,課題的研究從多相流可視化測量的角度出發(fā),對多相流的可視化測量手段,特別是層析成像技術進行

2、了研究和分析,開發(fā)新型可視化測試傳感器用于多相流的過程參數(shù)的測量和分析。主要完成的工作如下:
　　1、基于FPGA技術及CompcatPCI技術,設計并成功搭建了一套數(shù)字化電阻層析成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用工業(yè)標準CompactPCI總線協(xié)議,具有穩(wěn)定性強,傳輸速度快,可擴展性強等優(yōu)點?；贔PGA技術實現(xiàn)了數(shù)字解調等數(shù)字信號處理方法,提高了電阻層析成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度。成像實驗測試結果證明,該數(shù)字化電阻層析成像系統(tǒng)具有1300幅/秒

3、以上的采集速度,60分貝以上的信噪比和良好的成像性能,能夠滿足導電物質為連續(xù)相的大多數(shù)工況的檢測要求。
　　2、基于電容法測量原理,提出了一種基于多段電極的軸向步進法激勵模式。仿真結果證明,在該模式下,系統(tǒng)測試得到的數(shù)據(jù)進行簡單的處理后,其特征能夠直接進行流型識別,不同液位層流的數(shù)據(jù)也具有明顯的特征。該方法主要考察兩相流體容性信息在由局部測量到全局測量過程中的信息響應特征。
　　3、基于電容法測量原理,開發(fā)了可應用于環(huán)形流通

4、區(qū)域中兩相流的可視化測量的環(huán)域局部聚焦成像傳感器。傳感器的靈敏度分析和仿真成像結果表明,該傳感器具有良好的靈敏度;通過傳感器的測量數(shù)據(jù),無需進行復雜的成像算法,可直接進行環(huán)域兩相流分布的成像,提供了一種針對環(huán)域流通工況下兩相流的可視化測試方法。
　　4、利用Wire-Mesh傳感器和超快X射線成像傳感器進行了垂直上升管道氣液兩相流的泡狀流和彈狀流的實驗。對試驗數(shù)據(jù)進行處理分析,提取出截面相含率的徑向分布,氣相速度的徑向分布和氣泡大

5、小分布等特征。實驗分析結果證明,利用Wire-Mesh傳感器和超快X射線成像傳感器,在測量流體流動瞬時過程,具有較高的空間分辨率和時間分辨率,提供了一種測量快速流動兩相流瞬態(tài)參數(shù)測量的可行性方法。通過該兩種傳感器圖像數(shù)據(jù)提取的氣相含率徑向分布具有很高的一致性,偏差在4％以內;利用相關算法能夠計算出氣相速度徑向分布;在得到氣相截面含率和氣相速度后,可以進行氣泡大小計算,最終得到氣泡大小分布情況,結果顯示,在測量氣泡大小分布時,在泡狀流流型