基于物质吸光度的气液两相流相含率测量模型

为了建立近红外信号特性与气液两相流不同流型 相含率的关系,本文基于朗伯-比尔定律及物质的 吸光度,对近红外接收信号与气液两相流相含率的关系进行了探究。将八通道近红外检测装 置安装在河北 大学多相流实验系统,并针对泡状流、环状流、弹状流三种流型下共87组工况点进行了多组 实验,针对不 同流型建立了相应的相含率测量模型,其中泡状流模型液相含率相对误差在±3%以内;环状 流模型气相含 率相对误差在±3%以内;弹状流模型液相含率相对误差在±5%以内,所建立的气液两相 流体积含率测 量模型效果可观。证明了基于近红外理论建立气液两相流相含率模型是可行的,为两相流检 测提供了一种可靠的方法。     

气液两相流三维测量中虚拟立体视觉传感器的优化设计与实验

针对高速动态的气液两相流动对象,基于双目体视原理,采用单台高速摄像机和反射镜组,对虚拟立体视觉传感器进行了优化设计;对气泡发生装置中竖直向上的气泡特征参数进行三维测量。建立虚拟立体视觉传感器三维测量模型,综合考虑实际视场、传感器结构和测量误差等因素,通过结构参数对3方面性能影响的仿真分析,最终确定传感器的结构参数。实验结果表明,传感器测量空间距离误差优于0.14 mm,相对误差优于0.49%,适于气液两相流动态测量,可以实现气泡运动的三维重建。     

声发射信号分析与气-固两相流粒径测量

气-固两相流相关参数的实时检测对过程控制和高效运行具有重要的意义。针对现有气-固两相流参数检测法的缺陷,依据经典声发射理论,设计一套空气-玻璃微珠的声发射信号检测装置,进行试验并评价。选用不同粒径的玻璃微珠在撞击速度分别为1.98m/s、2.80m/s、3.40m/s和4.00m/s下,获取气-固两相流的速度、粒径的声发射信号,并采用功率谱估计对其进行分析。试验发现,功率谱估计的幅值、面积与固相颗粒的撞击速度、粒径呈良好的线性关系,通过验证试验,粒径检测的相对误差小于8.5%。因此,声发射结合功率谱估计的方法测量固相颗粒粒径是可行的。     

高速摄影下气液泡状流双阈值小波去噪方法

根据气液泡状流三维特征参数高精度测量需求,针对高速摄影法采集气液两相流图像带来的 噪声特性,提出双阈值小波去噪方法实 现气液两相流多气泡图像去噪。基 于硬阈值与软阈值的理论模型,采取双阈值小波去噪的有效方法,达到分离目标区域,保持 良好边缘特性并获得良好去噪效果 的目的,克服了传统的小波硬阈值过度“扼杀”图像信息的缺陷,优化了软阈值边缘 特性的不足,同时解决了半软阈值算法 复杂较难实现的根本问题。实验结果表明,本文方法原图像去噪后信噪比(S NR)可提高11%,熵值提高5.3%,均方根误差(RMSE) 降低了6.9%,能有效地消除图像背景噪声,在不失真的 情况下获取较为平滑的气泡图像,并保持气泡边缘特性,提高了后续流动特征的提取精度。     

气液两相流容积含气率的精确测量

设计了一个一种新型多圈环形管用于气液两相流参数的测量,对环形管上升段水平方向内外侧气液两相流差压波动信号进行了分析;采用无因次分析方法获得与差压波动信号均方根相关的特征量,建立了此特征量与容积含气率的关系模型,并在此基础上进行了实验.实验结果表明与在气体密度已知的情况下,可以得到差压波动信号均方根有关的特征量和容积含气率存在一定的关系,在考虑到气体密度的影响之后,引入气体密度对关系模型进行修正,建立了差压波动信号均方根和容积含气率量纲1的线性关系模型.在容积含气率小于0.65时,气液两相流的容积含气率测量误差小于5为4.46%,为气液两相流的容积含气率测量提供了一种方法.     

半球陀螺金属化膜层的均匀性模拟分析

该文将光学模拟技术与镀膜工艺结合,采用光线追踪程序来模拟溅射粒子在振子表面膜层的分布状态。通过模拟和相关实验验证,当设备相对角度β=10°、φ=60°时,振子表面膜层的均匀性最高,模拟值与实际测试值匹配度较好,误差在7%以内。     

一种判断气/固两相流流型的新方法

对于广泛应用于工业生产的气/固两相流,研制较好的仪器来测量其参数显得尤为重要。而且国内外许多学者都在致力于气/固两相流甚至多相流的研究,并取得了长足的进展。本文在简要介绍现阶段测量气/固两相流流型方法的前提下,提出一种新的判断气/固两相流流型方法。即基于概率密度定义,利用测量信号的均值进行直接判断。     

基于改进的Chahine迭代算法的粒径分布反演

反演算法的速度、精度及稳定性一直是颗粒测量领域中的研究重点。针对传统的Chahine迭代算法在反演过程中出现毛刺、伪峰及震荡等不稳定现象,将正则化理论与Chahine迭代算法相结合的改进算法用于颗粒粒径分布的重建。通过引入正则化理论建立新的线性方程,采用L曲线法确定正则化参数,再利用Chahine迭代算法求解该线性方程。仿真及实验结果表明:改进的算法解决了Chahine迭代算法的缺点,提高了反演结果的稳定性和平滑性。利用改进的算法实现国家标准颗粒的测量,其迭代15 000次所得中值粒径D50的相对误差在2%以内,用于描述分布曲线展宽的D10、D90的相对误差均在5%以内,且反演时间小于1 min,可满足颗粒粒径在线测量的需求。     

提高泡沫云对导引头干扰效果的理论与实验研究

特种泡沫云是一种新型多波段无源干扰技术.为提高它对常用厘米波、毫米波等微波导引头的干扰效果,本文分别从理论和实验两个方面研究了气泡液层厚度、气泡半径等气泡结构参数对泡沫云干扰性能的影响,结果表明:气泡半径越小,液层厚度越大,对提高干扰效果越有利,对此可通过调节泡沫云专用施放装置的工作压力或者适当改变所用化学原料的配比来实现.研究结果,对泡沫云干扰技术的发展及其战术运用设计具有重要的价值.     

基于容抗法的瞬时液膜厚度测量系统设计

设计了一种采用容抗法测量气液两相流瞬时液膜厚度的测量系统,通过测量气液两相流瞬时液膜厚度,来反映气液两相流截面持液率大小。对容抗法测量瞬时液膜厚度的原理进行了详细分析,建立了探针电容传感器的数学模型,完成了检测电路设计。根据此数学模型,确立了瞬时液膜厚度与输出电压的线性关系。在虚拟电子工作平台上,对该测量系统做了仿真实验分析,仿真数据表明该测量系统是切实可行的。     

基于激光诱导荧光的环状流液膜流速测量与分析

在对传统方法测量和分析液膜特性的基础上,采用激光诱导荧光方法和互相关测量技术,对竖直管道中的液膜流速进行光学测量和分析。基于高速摄影获取气液环状流中液膜图像,采用数字图像处理技术对液膜流动图像进行处理,得到液膜厚度在空间上的分布函数变化曲线,对间隔固定帧频的液膜图像进行互相关处理,进而采用抛物线拟合,有效提高了互相关极值的测量精度。实验结果表明,本文方法非接触、适用面广,可以有效检测环状流中液膜"破断"现象,并准确测量液膜流速参数。     

一种空间压电润滑装置的建模与仿真

提出一种主动按需供油的压电润滑装置,以解决航天器运动部件润滑失效问题。首先运用有限元分析软件ANSYS对压电振子进行了瞬态分析,再利用多相流流体软件CFD-ACE+建立喷嘴气-液两相流体模型。最后对液滴喷射过程进行数值模拟,以考察脉冲电压幅值变化对各喷射参数的影响。数值模拟结果表明,增加脉冲电压幅值,可增加液滴长度和速度,但对液滴产生时间影响不大。     

鞘流技术在气溶胶颗粒物光学传感器上的应用研究

鞘流技术是实现高浓度气溶胶颗粒物光学检测的关键技术之一。在空气动力学理论和国外相关研究的基础上设计了一种气体鞘流器来实现高浓度气溶胶粒子的有效测量。首先根据大型通用有限元分析软件ANSYS中的Gambit和Fluent模块对鞘流器进行仿真分析,确定了一组最佳的设计参数并依此制作了相应的鞘流器实物,仿真结果表明该鞘流器可以将样气气流直径从1mm压缩到0.34mm,有明显的压缩效果。接着提出了一种用光学尘埃粒子计数器的粒径分布误差间接分析鞘流器压缩效果的实验方案,并对比分析了在同一台粒子计数器上分别配置1.0mm普通气嘴、0.5mm普通气嘴以及鞘流气嘴三种情况下0.3μm粒子粒径的分布情况。实验结果表明,本研究设计的鞘流器能够有效降低尘埃粒子的重叠率,显著提升粒子计数器的浓度检测上限值。该结果验证了流体动力学分析的可行性,为实现高浓度气溶胶粒子的光学测量提供了重要基础。     

激光全息干涉测定微通道内气液传质

为了进一步理解微通道内气液两相传质过程机理,利用激光全息干涉条纹与流体折射率以及折射率与流体浓度的关系,采用激光显微全息干涉测试系统对微通道入口处Taylor气泡形成过程中的液相侧浓度分布进行了测定。微通道尺寸为深100μm,宽2000μm,长4cm。气相采用CO2,液相使用无水乙醇。利用图像采集系统对干涉条纹的变化过程进行实时记录,并利用自编图像处理软件对干涉条纹图像进行处理,得到了Taylor气泡形成过程中液相侧浓度分布和近界面浓度边界层厚度。结果表明,在Taylor气泡形成过程中有较强的传质发生,液相近界面浓度和浓度边界层厚度均随着气液相流速的增大而减小。结果显示,利用激光显微全息干涉测试系统,对微观尺度通道内部的气液传质过程进行实时测定研究,可得到清晰的图像和满意的结果。     

激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究

为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。     

气液两相流中改进图像互相关测速的完整实现

针对气液两相流中密集气(液)相速度场准确测量的需要,提出了改进图像互相关测速的完整实现方法。基于傅里叶变换的图像互相关测速原理,采用回归迭代互相关算法以提高测量精度,基于相邻速度属性对误矢量进行修正,并采用亚像素拟合方法准确定位,通过对不同拟合算法进行比较,验证了3点高斯拟合算法的优越性。实验结果表明,本文提出的测量方案可以有效提高图像互相关测速的精度。     

不分离式三相流量仪电子系统设计

多相流是指在流体流动中不是单相物质,而是有两种或两种以上不同相的物质同时存在的一种运动。在石油和天然气工业中,多相流是十分普遍的现象,常见的是液、液、气三相,即油、气、水混合物的三相。研究油气水三相流的流动规律,包括流动形态、压力变化的规律,具有重大的理论和应用价值。多相流是一个多变的随机过程,需要多方面的测量技术,其难度主要体现在油气水三相组分含量和各相流速的测量。     

小波分析在流化床两相流信号处理中的应用

本文根据流化床锅炉内气泡相与密相中颗粒浓度信号的频谱特性的差异,采用小波方法确定两相交替出现的时刻,提取其中气泡相颗粒浓度信号,应用局部互相关方法求取床内气泡运动参数,并给出了气泡运动参数的统计规律．结果表明,该方法是有效的．     

基于FPGA的ERT数控系统设计与实现

介绍了电阻层析成像(ERT)的应用背景。基于FPGA硬件系统及quartusII软件开发平台采用VHDL语言设计实现了包括按键消抖、DC/AC切换、电极切换、程控放大、数据采集等功能的数控系统,采用Labview软件设计实现人机交互界面控制功能。着重叙述了软件的实现方法,并结合硬件进行在线调试,通过模拟测试验证数控系统功能。实验结果表明,ERT测量系统在该数控系统控制下能够满足对水下冲压发动机工作所产生的气液两相流测量要求,实现高精度测量。     

压缩倾角薄层光学层析成像系统

首先研究了LOT中光线倾斜角度对光在组织体内分布的影响,在此基础上设计并完成了压缩倾角薄层光学层析成像(cdaLOT)系统,提出了矫正扫描振镜枕型畸变的新方法,并发展了基于虚拟源-扩散近似技术和GPU的LOT快速图像重建算法.光路模拟结果表明,cdaLOT系统可使入射主光线倾角减小为传统LOT系统的1/2.cdaLOT系统将测量值与蒙特卡洛模拟结果的相对误差由传统系统的38%降低为18%,从而缓解了实际测量方式和正向数学模型的不匹配性.仿体成像实验表明:重建异质体的吸收系数、位置和形状与真实情况基本相符.