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《浙江大学》 2003年
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电容层析成像系统的研制及其在两相流参数检测中的应用研究

王雷  
【摘要】: 由于两相流动体系在工业过程中的重要性,促使两相流领域的研究工作迅速发展,目前已成为国内外给予极大关注的前沿学科。两相流系统是一个复杂的非线性动态系统,两相流参数检测的难度较大,在很多情况下,两相流参数检测技术已成为两相流研究的一个制约性因素。 电容层析成像技术是过程层析成像技术的研究热点之一,具有非侵入性、适用范围广、成本低廉和安全性能佳等优点,已发展成为一门重要的两相流参数检测技术。但电容层析成像技术发展至今还很不完善,在系统设计以及应用上尚存在不少问题和难点。本文针对制约电容层析成像技术发展和应用的微弱电容测量和数据采集速度等问题进行了深入研究,研制了一套高速电容层析成像系统并在气液两相流流型识别和空隙率测量以及流化床固相含率分布量化监测上得到成功应用。本文的主要工作和创新点如下: (1)对基于电荷放大原理的微弱电容测量电路进行了深入的分析和改进,深入分析了该电路的抗杂散电容性能及电荷注入效应问题,通过时序的合理设计消除了电荷注入效应等因素对测量结果的影响,改进了该电路的数学模型。通过系统软硬件的优化,较大幅度的提高了电容数据采集速度,在不实时成像的情况下,数据采集速度可达600幅/秒。 (2)基于ECT装置多电极阵列所获信息量多的优点,根据气液两相流流型几何形状特征,提出了一种简便的方法来进行流型识别,通过大量实验总结出了4个经验公式用以识别流型。静态和动态实验表明,该方法具有计算量小、速度快和识别正确率高的特点。该方法与传统流型识别方法相比的最大特点是简便易行,对于层状流、环状流、核心流以及塞状流均有较好的识别结果。 (3)基于ECT传感器,结合模式识别理论,提出了一种新型的气液两相流空隙率测量方法,利用欧氏距离测度对一组测量值进行模板匹配,从而得到该组测量值所对应的空隙率值。按三种流型建立模板库,通过先进行流型的分类,再进行模板匹配的方法,减少了三分之二的运算量,大大加快了计算速度。实验结果表明该方法是可行的,最大测量 摘要 ..,.,....脚鱼国...皿... 误差可以控制在5%以内。 (4)针一对ECT重建图像像素面积大和形状为矩形的特点,基于B样条提 出一种等灰度曲线提取方法,首先对构成像素的四条边依据不同的相 邻像素的情况定义了三类边,由第一类边和第三类边组成的闭合折线 即构成了初始等灰度线。基于三次均匀B样条函数对初始等灰度曲线 进行曲线拟合,得到了光滑的等灰度曲线。通过等灰度曲线实现了对 流化床不同流动状态下固相含率的分布情况的监测。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP274

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