新型气固两相流电容式传感器研究

摘要

气固两相流参数检测和控制在工业生产中具有重要意义。由于两相流流动的复杂性及随机性大，在线准确检测困难。因此，在两相流测量领域，对于传感器的优化设计及相关测量、信号处理方法等方面提出了更高的要求。
　　本课题以气固两相流参数检测为背景，以螺旋极板电容式相浓度电容传感器和基于空间滤波测速的电容传感器为研究对象，以有限元分析软件ANSYS为研究平台，以模拟仿真和实验验证为研究方法，对传感器进行了优化和讨论，同时还在测速算法方面采用了空间滤波速度算法和适合柱塞流使用的速度算法。本文主要完成如下工作:
　　(1)对螺旋极板相浓度电容式传感器和基于空间滤波测速的电容传感器根据不同的优化指标，对其进行了参数的优化设计，得到了传感器的最优结构参数，提高了传感器的性能指标，同时针对柱塞流测速的电容传感器进行灵敏度和均匀性的分析;
　　(2)模拟了极板旋转角度和相分布对螺旋极板电容传感器的影响，研究了相浓度和螺旋极板传感器的输出关系，并在实验条件下给出验证;
　　(3)从电场角度比较了基于空间滤波测速的电容传感器的各种结构，模拟了不同结构传感器的输出信号，实现了空间滤波测速算法，实验验证了此算法和传感器的可行性，并分析了其测速误差;
　　(4)针对柱塞流测速的电容传感器进行流动模拟，理论上证实了仿真的正确性和其速度计算算法及其传感器的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 两相流概述

1．1．1 两相流的概念

1．1．2 两相流主要参数

1．2 气固两相流特点及其参数检测方法

1．2．1 气固两相流流动特点

1．2．2 气固两相流参数测量方法

1．2．3 气固两相流参数检测国内外研究状况

1．3 本文完成的主要工作

1．4 论文组织结构

第2章 静电场有限元分析与设计

2．1 基于ANSYS的静电场有限单元法

2．1．1 有限单元法的基本思想

2．1．2 有限元的基本构成

2．1．3 静电场有限单元法原理

2．2 电容传感器的有限元分析

2．2．1 电容传感器建模

2．2．2 网格剖分

2．2．3 边界条件的加载与求解

2．2．4 有限元后处理

2．3 正交试验设计法

2．4 本章小结

第3章 螺旋极板相浓度电容传感器研究

3．1 相浓度检测意义

3．2 电容传感器测量相浓度的原理

3．3 螺旋传感器结构和参数

3．4 优化参数及其评价系数

3．4．1 优化评价系数

3．4．2 优化参数

3．5 正交试验

3．5．1 正交试验安排

3．5．2 正交试验结果分析

3．5．3 正交试验结果验证

3．6 极板旋转角度对相浓度传感器影响

3．6．1 仿真

3．6．2 实验

3．7 相分布不同对传感器的输出电容值影响

3．7．1 仿真

3．7．2 实验

3．7．3 实验数据分析

3．8 螺旋极板传感器测量浓度

3．8．1 仿真

3．8．2 实验

3．8．3 实验数据分析

3．9 本章小结

第4章 基于空间滤波测速的电容传感器研究

4．1 两相流测速方法概述

4．2 多环状传感器结构分析

4．3 传感器优化参数和评价系数

4．3．1 优化参数

4．3．2 评价参数

4．4 正交试验及其结果分析

4．5 电容的空间滤波效应

4．5．1 空间滤波原理

4．5．2 传感器输出信号

4．6 仿真实验

4．6．1 仿真模型建立

4．6．2 空间滤波信号处理

4．7 实验验证

4．8 实验数据分析

4．9 本章小结

第5章 基于柱塞流测速的电容传感器研究

5．1 密相流体输送研究意义

5．2 传感器灵敏度和均匀性计算

5．3 柱塞流速度计算

5．4 柱塞流的仿真

5．5 本章小结

第6章 结论与建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文