电阻层析成像技术应用研究

【摘要】：两相流动体系在工业过程中的广泛性及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,其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。 电阻层析成像技术(ERT)是过程层析成像技术的研究热点之一,具有成本低廉、结构简单、非侵入性和适用范围广等优点,是一种具有广阔应用前景的两相流检测技术。目前电阻层析成像技术还处于实验研究阶段,尚存在不少问题和难点。本文针对ERT图像重建算法以及基于ERT技术的气/液两相流空隙率测量等问题进行研究,主要工作和贡献如下: 1)建立了ERT有限元模型,开发了有限元仿真软件包。软件包实现对场域进行剖分、设置流型、ERT正问题求解、计算灵敏场分布等功能。 2)借鉴ECT图像重建算法,将Tikhonov正则化原理与ART算法的相结合,构造出一种组合型的ERT图像重建算法。组合型算法中引入Tikhonov正则化方法是为克服图像重建过程中的不适定问题,而ART算法则是对初始图像进行迭代改善,以获得质量较高的重建图像。 3)基于最优化原理,借鉴相关文献,提出一种改进的BFGS图像重建算法。为满足两相流参数在线测量的要求,改进的BFGS算法采取了不精确搜索方向,并用单位矩阵近似代替目标函数的Hessian矩阵,以减小计算量,提高算法的重建速度,并保持较高的重建图像质量。 4)通过实验,将两种新算法与目前两相流领域常用的图像重建算法进行比较。实验研究表明,两种新算法均较为稳定,重建图像的精度较高,重建速度较快。当重建区域剖分的单元数增加时,改进的BFGS算法重建图像的时间增量较其他迭代型算法少。 5)将改进的BFGS算法应用于气/液两相流空隙率的测量,并开发了测量软件。实验研究表明:在0～100%测量范围内,两相流空隙率测量最