气固两相流场多参数在线测量方法研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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气固两相流场多参数在线测量方法研究

项目名称：气固两相流场多参数在线测量方法研究
项目类别：重点项目
批准号：50836003
申请代码：E060603
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2009-01-01-2012-12-31

项目负责人：蔡小舒
负责人职称：教授
依托单位：上海理工大学
批准年度：2008

中文摘要：

气固两相流是能源，化工，冶金，石油，医药等工业生产过程中最基本的问题之一。它的作用机理非常复杂，可靠的测试技术往往在两相流研究中起到举足轻重的作用。本项申请将深入研究气固两相流中多波长超声吸收、散射与阵列静电传感器测量动态颗粒微荷电特性，结合多模式融合测量方法，研究它的数学物理模型和快速反演算法。充分利用超声测量的硬场特性及可获得颗粒参数的特性以及静电传感器快速反应介质介电特性等来弥补现有层析成像（PT）技术测量参数单一、信息量不足和软场特性等固有缺陷，从理论和实验上研究融合超声和静电的测量新方法，用于综合测量复杂气固两相流中的浓度场、速度场、粒度场和颗粒粒度分布等多种参数。该测量方法和技术对气固两相流动的研究和工程应用有极其重要的作用和广泛前景。

中文主题词：颗粒静电；超声；层析成像；反演；数据融合

英文摘要：

Particle Charging；Ultrasound；Tomography；Inversion；Data fusion

英文主题词： Particle Charging；Ultrasound；Tomography；Inversion；Data fusion

结论摘要：

气固两相流流动参数检测对两相流理论研究及工业生产过程的安全、经济、高效运行均具有重要意义，但其过程复杂性和随机性致使流动参数检测困难。通过超声和静电颗粒两相流测量理论和方法研究，在传感方式、信息处理、成像方法三方面取得突破，实现多参数同步测量，形成复杂热物理量场测量的新方法和新技术。超声部分研究超声多波长测量模型，对其在两相流中传播机理、影响参数、声场模拟、模型简化进行了深入研究，获取了可用于气固两相流的长波长简化模型及双波长粒度测量方法，解决了数值溢出难题，将方法推广至高频和大粒径。反演包括由超声谱求解颗粒相粒度分布，发展Phillip-Twomey-NNLS方法，对正则化参数优化研究取得成效，增强了多波长超声谱颗粒度测量方法实用性。同时，提出改进二值化线性反投影算法(IBLBP)发展了广义最小残差(GMRES)迭代算法由超声换能器阵列超声信号重建颗粒场空间分布。研究了超声多波长测量和超声换能器一发多收同步测量方法，换能器阵列信号发射和检测，传感器相互干扰和流动噪音干扰抑制技术，发展了两套针对液固和气固体系的超声波层析成像系统（UPT），并实现液固和气固体系静态和动态测量。静电部分系统研究了气固两相流静电检测方法及静电层析成像技术(EST)。采用有限元方法（ANSYS，ANSOFT和MATLAB软件）深入地研究了被动式圆环状及阵列静电传感器的传感机理及影响因素，为静电层析成像阵列传感器的优化设计提供理论基础。提出一种基于单个圆环静电传感器的气固两相流颗粒平均速度的空间滤波测量方法，研究了较强噪声背景下多通道微弱电荷快速采集与调理及数据传输技术。研发了一套EST系统，采用非等网格划分灵敏场计算，有效克服管道中心处灵敏度低的缺点。提出了基于最大奇异值的Tikhonov迭代图像重建方法，实现电荷分布重建，取得较好实用效果。在此基础上，结合EST，电容层析成像(ECT)和超声方法进行技术融合，合作实验，研究了信号之间的互补和干扰特性，以及联合信号成像的方法以及融合多波长超声-静电成像的气固两相流多参数场在线测量理论及方法。项目执行期间，在国内外期刊上发表论文68篇，会议论文43篇，其中SCI/EI双收录17篇，EI收录34篇，出版学术专著1部，参与3部图书编写，授权发明专利13项、实用新型专利12项。获1项上海市自然科学二等奖，全国百篇优秀博士论文提名1项。

成果综合统计