本文關(guān)鍵詞：氣液兩相流相含率電學(xué)測(cè)量新方法研究

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【摘要】：氣液兩相流廣泛存在于石油、化工、能源、動(dòng)力和制藥等眾多工業(yè)過程,相含率的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)兩相流系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、過程控制及安全運(yùn)行等均有重要的作用。由于氣液兩相流體特性復(fù)雜,相含率測(cè)量難度大,一直是科研和工業(yè)領(lǐng)域中長(zhǎng)期沒能得以很好解決的難題。電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D)是一種新型非接觸式電學(xué)測(cè)量技術(shù),為解決氣液兩相流相含率測(cè)量提供了一條新的思路。本學(xué)位論文擬在C4D技術(shù)的基礎(chǔ)上,從獲取和利用氣液兩相流的等效電導(dǎo)或完整電阻抗信息兩條不同的途徑出發(fā),提出氣液兩相流相含率測(cè)量的新方法。本學(xué)位論文中的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和貢獻(xiàn)如下：1、研發(fā)了一種適用于常規(guī)管道氣液兩相流相含率測(cè)量的六電極C4D傳感器。所研發(fā)的六電極C4D傳感器以獲取氣液兩相流的等效電導(dǎo)為測(cè)量模式。傳感器采用相敏解調(diào)(PSD)技術(shù)測(cè)量氣液兩相流的等效電導(dǎo),可獲得反映氣液兩相流相含率的15個(gè)電導(dǎo)信號(hào)。電導(dǎo)測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,研發(fā)的六電極C4D傳感器是成功的,傳感器的電導(dǎo)率測(cè)量精度令人滿意。在四種管徑(內(nèi)徑分別為22.0mm、29.0 mm、36.5 mm 和 47.0 mm)下,電導(dǎo)率測(cè)量的最大相對(duì)誤差小于5%(電導(dǎo)率范圍：0.1mS/cm-10mS/cm).2、利用六電極C4D傳感器獲得的等效電導(dǎo)信號(hào),結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),提出了一種氣液兩相流相含率測(cè)量新方法。該方法針對(duì)各種典型流型分別建立相應(yīng)的相含率測(cè)量模型。實(shí)際測(cè)量時(shí),首先利用六電極C4D傳感器獲得氣液兩相流體的電導(dǎo)信號(hào),然后依據(jù)流型分類器進(jìn)行流型辨識(shí),最后根據(jù)流型辨識(shí)結(jié)果選擇相對(duì)應(yīng)的相含率測(cè)量模型來計(jì)算相含率值。其中,流型分類器通過LS-SVM分類技術(shù)建立,相含率測(cè)量模型通過PLS特征提取和LS-SVM回歸技術(shù)建立。3、相含率測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的氣液兩相流相含率測(cè)量新方法是有效的。在四種不同管徑(內(nèi)徑分別為22.0 mm、29.0 mm、36.5 mm 和 47.0 mm)的靜態(tài)相含率測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,典型泡狀流、層狀流和環(huán)狀流流型下的相含率測(cè)量最大絕對(duì)誤差均小于3.76%。動(dòng)態(tài)相含率測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,在三種不同管徑(內(nèi)徑分別為17.0 mm、22.0 mm和36.5 mm)下四種典型流型(泡狀流、段塞流、層狀流和環(huán)狀流)的相含率測(cè)量最大絕對(duì)誤差均小于9.47%。4、結(jié)合串聯(lián)諧振原理和PSD技術(shù),研發(fā)了一種適用于氣液兩相流相含率測(cè)量的新型徑向兩電極非接觸電阻抗傳感器。串聯(lián)諧振原理用于克服耦合電容存在的不利影響(耦合電容的容抗被引入電感模塊的感抗消除)。PSD技術(shù)用于獲得氣液兩相流的完整電阻抗信息(包括電阻抗的幅值、實(shí)部和虛部)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研發(fā)的徑向兩電極非接觸電阻抗傳感器是成功的。與傳統(tǒng)接觸式電導(dǎo)傳感器相比,徑向兩電極非接觸電阻抗傳感器可以避免電極極化和電化學(xué)腐蝕等問題,且能夠成功獲得兩相流的完整電阻抗信患。5、研究了應(yīng)用徑向兩電極非接觸電阻抗傳感器獲得的完整電阻抗信息進(jìn)行氣液兩相流相含率測(cè)量的可行性。研究結(jié)果表明,徑向兩電極非接觸電阻抗傳感器應(yīng)用于氣液兩相流相含率測(cè)量是可行的。對(duì)于典型流型(泡狀流和層狀流),電阻抗幅值、實(shí)部和虛部與相含率之間是有不同的關(guān)聯(lián)關(guān)系。氣液兩相流電阻抗的各個(gè)部分可以從不同的方面反映相含率信息。研究結(jié)果同時(shí)表明,氣液兩相流電阻抗的虛部信息對(duì)相含率測(cè)量非常有用。充分利用氣液兩相流的完整電阻抗信息能有效地提高相含率測(cè)量精度。在研制的兩個(gè)徑向兩電極非接觸電阻抗傳感器(內(nèi)徑分別為17.0 mm和22.0mm)下,典型流型下的靜態(tài)相含率測(cè)量最大絕對(duì)誤差均小于4.8%。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O359.1;TP212.9

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4 林，

本文編號(hào)：1271937