基于电容耦合电阻层析成像技术的鼓泡床相含率测量研究

摘要

电阻层析成像技术由于其结构简单、成本低廉和鲁棒性好等特点，已经成为了多相流领域的研究热点。电容耦合电阻层析成像技术(CCERT)是一种结合了电容耦合非接触电导测量技术和电阻层析成像技术的新型层析成像技术，实现了对被测对象的非接触式测量，避免了电化学腐蚀等一系列问题，具有广阔的应用前景。
　　本文在现有的工作基础上，研制电容耦合电阻层析成像系统，利用静态实验建立了基于该系统的气液两相流相含率测量模型，并在实验室鼓泡床上进行动态气液两相流相含率测量以及实时动态成像，实现对鼓泡床内多相流流动情况的监测。在此基础上，建立基于声发射技术的气相相含率测量模型，与CCERT技术相结合，实现了气液固三相流体系下的各相相含率测量。
　　本文的主要工作和创新点如下:
　　(1)研制并调试CCERT系统样机，编写上位机软件，实现其数据采集以及成像功能。将该系统应用于气液鼓泡床中，在不同气体流量下进行在线成像，实现了该系统在鼓泡床上的动态成像。
　　(2)建立了CCERT系统的相含率测量模型，并完成动态相含率测量实验。在静态实验中，利用主成分回归与偏最小二乘回归两种方法对CCERT系统采集到的数据进行回归，建立CCERT系统的相含率测量模型并比较两种方法所建立模型的效果。利用已经建立好的相含率测量模型，在鼓泡床中进行动态相含率的测量实验。实验结果进一步验证了所建立的CCERT系统相含率测量模型的有效性。
　　(3)提出一种非接触式气液固三相流相含率测量方法，并在鼓泡床上完成动态实验。本文首先对声发射系统采集到的声信号进行分析与处理，验证声发射技术测量相含率的理论可行性，然后通过偏最小二乘回归方法建立声发射技术的相含率测量模型。结合CCERT技术和声发射技术的相含率测量模型，在气液固三相鼓泡床中进行实验，测量三相流的各相相含率。实验结果验证了CCERT与声发射方法相结合测量三相流各相相含率是可行的，实现了对三相相含率的非接触检测。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 多相流概述

1．2 鼓泡床概述

1．3 过程层析成像技术概述

1．4 电容耦合非接触电导检测技术简介

1．5 本文主要工作和结构安排

1．6 本章小结

第二章 文献综述

2．1 C4D技术综述

2．1．2 C4D技术的发展历史与研究现状

2．2 CCERT技术综述

2．2．1 ERT技术概述

2．2．2 CCERT技术的基本原理

2．3 多相流体系相合率检测方法

2．4 信号分析与处理方法

2．4．1 主成分分析与主成分回归

2．4．2 偏最小二乘法与偏最小二乘回归

2．4．3 傅里叶变换

2．4．4 小波分析

2．5 本章小结

第三章 基于DPSD的CCERT系统原理与设计

3．1 基于DPSD的CCERT系统的测量原理与系统架构

3．1．1 数字相敏解调技术测量原理

3．1．2 基于DPSD的CCERT系统架构

3．2 传感器结构

3．3 系统硬件设计

3．3．1 电源模块

3．3．2 激励与检测模块

3．3．3 FPGA激励信号产生模块

3．3．4 FPGA数字相敏解调模块

3．4 系统软件设计

3．5 本章小结

第四章 基于CCERT系统的气液两相流相合率测量

4．1 引言

4．2 两相流静态相含率测量实验

4．2．1 相含率测量模型

4．2．2 相含率测量静态实验

4．3 鼓泡床动态相含率测量实验

4．4 气液两相流动态成像

4．5 本章小结

第五章 鼓泡床中的气液固三相流相含率测量

5．1 引言

5．2 基于声发射技术的气相含率测量模型

5．2．1 实验装置

5．2．2 声信号分析与处理

5．2．3 声发射气液两相流相含率测量实验

5．3 基于CCERT与声发射技术的三相流相含率测量

5．3．1 实验装置与测量原理

5．3．2 三相流相含率测量实验与结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间所取得的科研成果