【摘 要】
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气液两相流是一种常见的流体形态,广泛存在于石油石化、金属冶炼、生物制药等众多轻、重工业领域的生产过程中,针对气液两相流进行检测具有重要意义。电导检测技术是一种经典和常用的气液两相流检测技术,一直备受科研人员的关注和重视。然而,传统的电导检测技术大多为接触式检测,存在电化学腐蚀、电极极化、电极沾污等问题,其应用受到诸多限制。电容耦合式非接触电导检测(Capacitance Coupled Conta
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气液两相流是一种常见的流体形态,广泛存在于石油石化、金属冶炼、生物制药等众多轻、重工业领域的生产过程中,针对气液两相流进行检测具有重要意义。电导检测技术是一种经典和常用的气液两相流检测技术,一直备受科研人员的关注和重视。然而,传统的电导检测技术大多为接触式检测,存在电化学腐蚀、电极极化、电极沾污等问题,其应用受到诸多限制。电容耦合式非接触电导检测(Capacitance Coupled Contactless Conductivity Detection,简称C~4D)技术是一种较新的非接触式电导检测技术,能够有效解决传统接触式电导检测技术存在的问题,为气液两相流检测提供了一条新的途径。然而,耦合电容和杂散电容的存在,使得C~4D传感器的测量范围、测量灵敏度等受到制约,限制了C~4D技术的应用。本学位论文针对上述C~4D传感器的不足展开了研究,研发了一种基于LC电路的新型C~4D传感器,并将其应用于气液两相流参数测量中。本学位论文的主要创新点和贡献如下:1)提出了一种基于LC电路的新型C~4D测量方法,并基于该方法研发了一种新型C~4D传感器。该方法通过引入LC电路,使得C~4D传感器能够工作在较低的激励频率下,从而克服杂散电容的不利影响。同时,基于该测量方法的新型C~4D传感器还能消除耦合电容产生的测量背景信号,克服耦合电容的不利影响。传感器的电导率检测下限可达10μS/cm,并具有较高的测量灵敏度。与传统C~4D传感器相比,该新型C~4D传感器的测量范围更宽、灵敏度更高。2)基于新型C~4D传感器和Ho-Kashyap(H-K)算法,提出了一种微通道流动沸腾监测新方法。首先,探究了微通道流动沸腾过程流体在不同流型下的电学特性,提取了传感器输出的等效电导信号的特征,用于流型辨识。然后,利用H-K算法构建了分类器,并实现了实时流型辨识。最后,根据连续的多个实时流型辨识结果以及综合决策过程,得出了最终的微通道流动沸腾监测结果。通过微通道流动沸腾实验,证明了所提出的方法的有效性,监测准确率达到98%以上。3)基于新型C~4D传感器,实现了常规管道下气液两相流的相含率测量。首先,选择了更加适用于常规管道的径向构型作为C~4D传感器的电极构型,并对径向构型的电极几何尺寸进行了设计。然后,基于传感器电极设计的研究结果,研制了具有径向构型的新型C~4D传感器。最后,建立了相含率测量模型,并实现了泡状流和层状流的相含率测量。泡状流相含率测量的绝对偏差不超过3%,层状流相含率测量的绝对偏差不超过1%。研究结果表明,使用所研发的新型C~4D传感器进行相含率测量是有效可行的,也验证了C~4D径向构型在常规管道下的应用潜力。
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