对壁半环状两相流相含率电导传感器研究

摘要

对两相流相含率的精确测量及非线性动力学研究越来越依赖于高分辨率的测量信号，因此需对高分辨率传感器进行深入研究。本课题首先基于ANSYS有限元仿真软件，采用单因素轮换实验方法和正交实验设计方法，对对壁半环状相含率电导传感器结构进行了完备而细致的优化设计，并通过改变测试小球尺寸考察传感器响应特性，最终给出传感器最优结构，并将优化结果与无保护对壁半环状电导传感器进行对比分析。仿真过程中得出结论，当测试小球尺寸与对壁半环状电导传感器电极尺寸一致时，响应效果最佳。随后通过垂直上升气液两相流动态实验和垂直上升油水两相流动态实验发现，该传感器不仅能够反映气液两相流宏观流型信息，而且对油水两相流中油泡泡径大小和泡群特征等微观结构也能细致刻画，具有较好的空间分辨率和抗噪能力，提高了测量信号质量。
　　 本课题提出了一种改进的时间序列有限穿越可视图建网方法，并对三种可视图(可视图、水平可视图、有限穿越可视图)网络度分布进行了评价。结果表明：水平可视图网络均无法有效识别各类时间序列信号(周期、分形、混沌)；对分形信号，可视图及有限穿越可视图网络均具有无标度幂律形式，但抗噪能力较差；对周期信号及混沌信号，有限穿越可视图网络比可视图具有更强的抗噪性。在此基础上，采用有限穿越可视图网络从气液两相流和油气水三相流相含率测量电极电压波动信号中提取了度分布特征参数，通过其特征参数组合实现了对三种典型气液两相流流型(泡状流、段塞流、混状流)和三种典型三相流流型(水包油泡状流、水包油泡状-段塞过渡流型及水包油段塞流)较好的辨识效果。