论文部分内容阅读
气水两相流广泛的存在于工业应用领域中,其流动传热能力的实验研究对于能源的高效利用具有重大意义。然而,气水两相流复杂的流动特性和多变的相界面分布极大的增加了其探测的难度,尤其是可视化测量。目前,气水两相流的可视化测量包括射线原理、光学原理和电学原理的测量方法。电学法由于成本低、可测量参数多等优点而被大量使用,主要的电学测量方法包活电阻层析成像(ERT)、电容层析成像(ECT)、基于丝网传感器(WMS)的成像方法等。WMS相对于非侵入式的电学测量法而言,具有结构和图像重构算法简单、成像速度快、开发成本低等特点。因此,在可视化测量方法中,WMS一直是被研究的热点。本文主要工作是开发一套基于WMS的可视化测量系统。通过理论分析和仿真计算确定系统开发的可行性,并用实验验证系统的可视化测量效果。主要工作有以下4部分:(1)深入探讨WMS的数学物理模型。详细分析WMS成像方法的基本原理、系统结构、电场模型、图像重构算法等。(2)基于ANSYS Maxwell电磁场仿真软件进行WMS的计算分析。研究丝网直径和丝网层间距对WMS电场分布的影响,实现WMS的正问题仿真,比较最近邻取样、线性插值、立方插值和样条插值的图像重构效果。为WMS的结构设计和图像插值算法的选取提供参考依据。(3)基于32×32测点的WMS进行控制系统的设计,包括硬件和软件两部分。硬件部分依次设计电路原理图、PCB和FPGA固件,包括激励产生、数据获取、数据传输等功能模块,分别使用开关芯片ADG788、模数转换芯片AD7606及以太网芯片RTL8211EG实现相应的功能,并通过示波器对各模块进行测试;软件部分依次实现数据接收、数据储存、图像重构等功能。最终系统的图像采样率达到3125帧/秒。(4)开展可视化测量实验,验证WMS测量结果的准确性。使用34 mm×34 mm的方形管道搭建气水两相流产生装置,安装16×16测点的WMS(空间分辨率为2mm),使用625帧/秒的图像采样率获取数据。通过高速摄像仪(HSC)对WMS的成像结果进行拍照对比,结果表明基于WMS的可视化测量方法在气水两相流探测上具有较好的效果。