電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)在氣液兩相流參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用研究.pdf

1、氣液兩相流在自然界及石油、能源、電力、化工與制藥等眾多工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛存在，其參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)氣液兩相流機(jī)理研究和相關(guān)生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、過程控制及節(jié)能增效等都有著非常重要的作用。然而，由于氣液兩相流系統(tǒng)的復(fù)雜性與隨機(jī)性，其參數(shù)測(cè)量難度大，一直是科研及工業(yè)領(lǐng)域中長(zhǎng)期沒能得到很好解決的難題。
　　電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量(Capacitively Coupled Contactless ConductivityDetectio

2、n，C4D)技術(shù)是一種新型的電導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)，具有非接觸的特點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)接觸式電導(dǎo)測(cè)量中的電極極化、電化學(xué)腐蝕、電極污染等問題，為解決氣液兩相流參數(shù)測(cè)量問題提供了一條新的思路。本課題組已就C4D技術(shù)在氣液兩相流中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的嘗試，本學(xué)位論文在課題組已有研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)C4D技術(shù)在氣液兩相流參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用可行性及潛力進(jìn)行探究，研究工作圍繞毫米級(jí)管道展開，重點(diǎn)針對(duì)流速和相含率測(cè)量問題。
　　本學(xué)位論文中的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與貢獻(xiàn)如

3、下:
　　1、研發(fā)了兩種適用于毫米級(jí)管徑氣液兩相流參數(shù)測(cè)量的新型C4D傳感器——新型五電極C4D傳感器和新型三電極C4D傳感器。兩種傳感器分別借鑒Laugere等提出的基于電壓差測(cè)量的方法和本課題組提出的基于串聯(lián)諧振的方法來避免或消除耦合電容的不利影響。電導(dǎo)測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新研發(fā)的兩種傳感器是成功的，多種毫米級(jí)管道（內(nèi)徑分別為1.8 mm、2.8 mm、3.9 mm、5.3 mm和6.1 mm）下，電導(dǎo)率測(cè)量的相對(duì)誤差分別可小于

4、6％和5％。相對(duì)傳統(tǒng)C4D傳感器，兩種新研發(fā)C4D傳感器的電導(dǎo)測(cè)量范圍與測(cè)量靈敏度均得到了改善。其中，新型三電極C4D傳感器的性能（電導(dǎo)測(cè)量范圍、靈敏度、穩(wěn)定度和抗干擾能力）更好。
　　2、研究了C4D技術(shù)在毫米級(jí)管道內(nèi)氣液兩相流流速測(cè)量中的應(yīng)用可行性和潛力，結(jié)合互相關(guān)技術(shù)，提出了基于C4D技術(shù)的氣液兩相流流速測(cè)量新方法。該方法采用新研發(fā)的C4D傳感器測(cè)取上、下游氣液兩相流流體電導(dǎo)信號(hào)，對(duì)兩組信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算得到兩信號(hào)之間的渡越

5、時(shí)間，結(jié)合預(yù)先確定的校正系數(shù)，計(jì)算得出流速。為驗(yàn)證所提出流速測(cè)量方法的有效性，針對(duì)單個(gè)氣泡以及典型泡狀流和段塞流流型進(jìn)行了流速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并分別對(duì)新型五電極C4D傳感器及新型三電極C4D傳感器的流速測(cè)量性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，C4D技術(shù)能夠成功地應(yīng)用于氣液兩相流流速測(cè)量，具有很好的應(yīng)用潛力。所提出的結(jié)合C4D技術(shù)與互相關(guān)技術(shù)的流速測(cè)量新方法是有效的，五種管道（內(nèi)徑分別是1.8 mm、2.8 mm、3.9 mm、5.3 mm及6.1

6、mm）下流速測(cè)量的精度均令人滿意，采用五電極C4D傳感器進(jìn)行流速測(cè)量相對(duì)偏差可小于10％，采用三電極C4D傳感器進(jìn)行流速測(cè)量相對(duì)偏差可小于6％。
　　3、研究了將C4D技術(shù)應(yīng)用于毫米級(jí)管道氣液兩相流相含率測(cè)量中的可行性，提出了氣液兩相流相含率測(cè)量新方法。該方法針對(duì)不同的典型流型分別地建立相應(yīng)的相含率測(cè)量模型。實(shí)際測(cè)量中，首先通過新型三電極C4D傳感器獲取氣液兩相流流體的電導(dǎo)信號(hào)，然后根據(jù)所獲電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行流型辨識(shí)，判別實(shí)時(shí)流型，最后

7、依據(jù)流型選擇相對(duì)應(yīng)的相含率測(cè)量模型來計(jì)算獲得相含率值。其中，流型辨識(shí)環(huán)節(jié)采用統(tǒng)計(jì)分析方法和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)方法對(duì)電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行特征提取，采用支持向量機(jī)(Support Vector Machine，SVM)方法來建立流型分類器，將所提取的特征向量輸入至流型分類器實(shí)現(xiàn)流型辨識(shí)。相含率測(cè)量模型通過最小二乘法建立。研究結(jié)果表明，C4D技術(shù)應(yīng)用在毫米級(jí)管徑氣液兩相流相含率測(cè)量中是可行