基于电容法的小通道气液两相流参数检测系统研究

摘要

随着工业场合多相流系统出现小型化趋势，有效参数检测手段的缺乏已制约了毫米级小通道两相流研究的快速发展，成为多相流领域的研究热点。经典的电容测量方法具有非侵入、结构简单、成本低廉等优势，但在1－5mm内小通道两相流系统中鲜见应用。本文针对小通道内电容法研究成果匮乏的现状，设计并实现了一种可用于小通道气液两相流参数检测的电容传感器及参数检测系统，基于电容法对小通道内两相流流动特性和流速测量进行了研究。本文的主要工作和创新点如下：
　　 (1)设计并制作了一种适用于小通道的电容传感器，搭建了一套基于电容测量方法的检测系统，对内径为4．0mm，3.1mm以及1.8mm的小通道中气液两相流进行了实验研究，验证了电容测量方法在小通道两相流参数测量方面的可行性和有效性。
　　 (2)应用时域统计分析、傅立叶分析、小波分析及Hilbert—Huang变换多种信号分析方法对电容波动信号进行了研究，分析流动状态并与传统管径下气液两相流流型进行了比较。研究结果表明，基于电容波动信号的小通道流动特性分析和流型辨识是可行的。
　　 (3)基于电容波动信号应用互相关测速原理实现了气液两相流流速的测量，实验结果较好。

目录

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致谢

第1章 绪论

1.1两相流概念与分类

1.2两相流主要参数

1.3两相流参数检测技术研究意义

1.4两相流参数检测技术发展现状与趋势

1.5小通道两相流系统发展现状

1.6本文主要内容

1.7本章小结

第2章 文献综述

2.1小通道两相流系统

2.1.1小通道尺度划分

2.1.2小通道气液两相流系统特点

2.1.3小通道气液两相流系统参数测量

2.2电容测量方法

2.2.1基本知识简介

2.2.2电容测量方法概述

2.2.3电容传感器结构设计

2.2.4等效测量模型与测量电路

2.3信号分析方法

2.3.1相关测量技术介绍

2.3.2信号的时域统计分析

2.3.3傅立叶频谱分析

2.3.4小波变换

2.3.5 Hilbert-Huang变换

2.4本章小结

第3章 系统设计及实验方案

3.1检测系统总体结构

3.2电容传感器设计

3.3电容/电压转换电路

3.4混相装置

3.5实验方案

3.6实验结果

3.6.1典型流型

3.6.2电容信号

3.7本章小结

第4章 小通道气液两相流流动特性分析

4.1小通道内流型

4.1.1小通道内流型与常规通道流型区别

4.1.2小通道内典型流型及其描述

4.1.3不同流型下电容信号特征

4.2信号时域统计分析

4.2.1电容信号PDF分布

4.2.2段塞流信号PDF变化趋势

4.2.3信号时域统计分析结果

4.3 Fouirer频谱分析

4.3.1电容信号Fourier频谱

4.3.2典型流型对应信号频谱特征

4.4小波变换分析

4.4.1连续小波变换步骤

4.4.2连续小波变换结果

4.5 Hilbert-Huang变换

4.5.1 EMD与Hilbert谱分析

4.5.2 Hilbert-Huang变换结果

4.6本章小结

第5章 小通道气液两相流流速测量

5.1流动模型简介

5.2相关测量原理

5.3测量信号处理

5.4流速测量实验结果

5.5本章小结

第6章 结论与建议

参考文献

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