电容层析成像技术在两相流参数检测中的应用研究

摘要

本文在浙江大学多相流课题组近年来取得的研究成果基础上，对电容层析成像技术在两相流参数测量的应用方面进行了研究。本文的主要工作和创新点如下：　　1)分析了不同流型下最优正则化因子，选择了较合适的正则化因子用于ART初始图像的获取，并对ART算法的迭代步数与实时性以及图像重建质量之间的关系进行了研究，选择10步作为ART的迭代步数。实验表明该算法能够获得较好的重建图像并具有较好的实时性。　　2)提出了基于自适应图像阈值算法的空隙率测量方法。应用Otsu算法自动获取气液两相流截面图像的滤波阈值，在此滤波阈值基础上，利用重建图像灰度值建立了空隙率测量模型，对气液两相流空隙率进行了在线测试。与快关阀法的测试结果进行了比较，结果表明采用自适应图像阈值算法的空隙率测量方法所获得的空隙率值与快关阀法测量值的符合程度较好。　　3)应用数据分析技术，对直接利用电容层析成像系统电容测量数据进行空隙率测量作了初步的探索，提出了多模型空隙率测量方法。　　4)提出了基于电容层析成像技术和文丘利管的气液两相流流量测量方法。利用电容层析成像系统测量气液两相流的空隙率，在实验的基础上，建立了反映空隙率与干度之间关系的关联式。分析了几种文丘利管流量测量模型，并应用这些模型进行了气液两相流总质量流量和液相质量流量测量的初步研究。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1两相流及其主要特征参数

1.1.1两相流的概念和分类

1.1.2两相流的主要特征参数

1.2两相流检测技术

1.2.1两相流检测技术研究的重要意义

1.2.2两相流检测技术研究的现状和发展趋势

1.3基于电容层析成像技术的气液两相流参数测量

1.4本文的主要工作及意义

1.5小结

第二章文献综述

2.1气液两相流空隙率测量方法

2.1.1模型预测法

2.1.2电学法

2.1.3光学法

2.1.4射线法

2.1.5层析成像法

2.2气液两相流流量测量方法

2.2.1分离计量

2.2.2真实质量流量计

2.2.3单相流量计法

2.2.4相关测量法

2.2.5其他测量方法

2.3电容层析成像技术

2.3.1 ECT电容测量电路

2.3.2 ECT图像重建算法

2.3.3 ECT在两相流参数检测中的应用举例

2.4小结

第三章基于ECT重建图像的气液两相流空隙率测量

3.1引言

3.2 ECT图像重建的基本原理

3.3电容层析成像系统建模

3.4基于TIKHONOV正则化和ART的组合型图像重建算法

3.4.1初始图像获取

3.4.2初始图像的迭代改善

3.4.3图像重建算法的实验分析

3.5基于自适应图像阈值分割的空隙率计算

3.5.1空隙率测量建模

3.5.2 Otsu自适应图像阈值算法

3.6空隙率在线测量与比较

3.7小结

第四章气液两相流多模型空隙率测量方法研究

4.1引言

4.2多模型测量系统框架

4.3流型辨识

4.3.1图像重建

4.3.2基于模糊模式识别的流型辨识

4.3.3在线流型辨识

4.4空隙率测量建模

4.4.1空隙率测量模型

4.4.2主成分及其求解

4.4.3模型参数求解

4.4.4回归子集的优化

4.4.5静态实验与结果分析

4.5空隙率在线测量与结果分析

4.6小结

第五章基于ECT和文丘利管的气液两相流流量测量

5.1引言

5.2气液两相流通过文丘利管时的一些特性

5.3文丘利管的气液两相流流量测量模型

5.3.1基本测量模型

5.3.2气液两相流流量测量模型

5.4实验装置和实验方案

5.4.1实验装置简介

5.4.2文丘利管的参数

5.4.3空隙率测量装置

5.4.4信号的采集和预处理

5.4.5实验方案

5.5流量测量实验和结果分析

5.5.1文丘利管流出系数标定

5.5.2空隙率与干度的关系模型

5.5.3实验结果和分析

5.6小结

第六章结论

参考文献

附录

致谢