氣液兩相流流量測(cè)量的ERT成像技術(shù)研究.pdf

1、氣液兩相流流量測(cè)量在動(dòng)力、化工、石油、熱力等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，它對(duì)于實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、節(jié)能管理等都具有十分重要的意義。但是，在一些特殊工程應(yīng)用中，例如動(dòng)力系統(tǒng)的熱平衡系統(tǒng)中的流量測(cè)量，往往由于空間窄小，環(huán)境復(fù)雜，使其測(cè)量非常困難。同時(shí)，在熱平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了便于改進(jìn)，還需要辨識(shí)各種工況條件下管道內(nèi)的流體流型。利用ERT過(guò)程層析成像方法實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，具有小型化、非接觸、可視化、對(duì)流場(chǎng)無(wú)干擾及受環(huán)境因素影響小等特點(diǎn)，是解決該類問(wèn)題的有效方法，也

2、是近二十年來(lái)備受關(guān)注的技術(shù)。但在ERT成像重建過(guò)程中，受敏感場(chǎng)軟場(chǎng)、病態(tài)性、重建速度、非剛性運(yùn)動(dòng)及工程應(yīng)用中流體內(nèi)溫度、壓力變化等因素影響，導(dǎo)致流量測(cè)量精度不高，嚴(yán)重影響了過(guò)程層析技術(shù)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的工程應(yīng)用。為此本文對(duì)氣液兩相流流量測(cè)量的ERT層析成像技術(shù)中敏感場(chǎng)軟場(chǎng)、病態(tài)性、動(dòng)態(tài)估計(jì)及受其溫度、壓力影響等問(wèn)題進(jìn)行研究，主要工作如下：
　?。?）針對(duì)電阻層析成像技術(shù)中敏感場(chǎng)具有軟場(chǎng)特性問(wèn)題，分析不同電極結(jié)構(gòu)及測(cè)量模式引起的不同敏感

3、場(chǎng)電特性分布，提出設(shè)計(jì)適合多模態(tài)測(cè)量方式的電極結(jié)構(gòu)的思想。通過(guò)三維仿真技術(shù)對(duì)不同激勵(lì)測(cè)量方式下的電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為本文流量測(cè)量 ERT復(fù)合傳感器的設(shè)計(jì)提供電極結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)。
　?。?）針對(duì)圖像重建的病態(tài)性求解及在線快速重建問(wèn)題，將介質(zhì)分布先驗(yàn)信息和噪聲先驗(yàn)信息等統(tǒng)計(jì)信息引入到圖像重建算法中。在統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)迭代重建算法的基礎(chǔ)上，提出基于正則化統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)快速重建算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法在滿足圖像重建質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，提高了重建速度。

4、>　　（3）針對(duì)測(cè)量過(guò)程中參數(shù)不確定性和外部干擾等求解問(wèn)題，提出基于具有抗干擾、魯棒性的H∞濾波重建算法研究。同時(shí)，為了克服傳統(tǒng) H∞濾波算法中干擾因子計(jì)算復(fù)雜、實(shí)時(shí)性弱等問(wèn)題，提出根據(jù)測(cè)量值信噪比更新干擾因子的自適應(yīng)H∞濾波重建算法。在此基礎(chǔ)上，為了提高實(shí)時(shí)測(cè)量值對(duì)估計(jì)值的修正作用，抑制誤差的擴(kuò)散，增加實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)重，將遺忘因子引入到狀態(tài)變量的測(cè)量更新中，提出引入遺忘因子的自適應(yīng)干擾因子H∞濾波圖像重建算法。實(shí)驗(yàn)表明，兩種算法在重建質(zhì)

5、量、噪聲抑制與偽影去除方面都有較好的效果。
　?。?）針對(duì)氣液兩相流動(dòng)態(tài)非剛性運(yùn)動(dòng)估計(jì)問(wèn)題，提出正則化H∞粒子濾波重建算法。該算法利用H∞濾波良好的噪聲抑制及魯棒性特點(diǎn)，將 H∞濾波估計(jì)得到的狀態(tài)值作為粒子濾波的粒子，并通過(guò)正則化觀測(cè)矢量改善粒子濾波中的退化問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行，在動(dòng)態(tài)重建過(guò)程中能夠更加準(zhǔn)確的確定介質(zhì)的質(zhì)心位置，從而提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)問(wèn)題的精確度。
　?。?）搭建管道氣液兩相流流量測(cè)量平臺(tái)。利用不同溫度、壓