气液两相流红外检测技术研究

气液两相流检测是目前载人航天电解制氧装置急需解决的关键技术之一。设计一种基于红外检测的传感器实现对低浓度液/气含量的测量,通过对脉宽调制(PWM)驱动红外发射、TEC恒温控制、抗干扰等技术研究,成功制得气液两相流传感器。实验表明,该传感器可测量液态水含量0～30%的气液两相流,系统误差优于10%,能够满足电解制氧装置两相流检测的需要。     

气液两相圆锥绕流的数值仿真

研究锥形物体在气液两相流场中动特性问题,对流场特性的影响和锥形物体自身的承载受力情况;采用CFD流体仿真软件FLUENT,用欧拉双流体模型结合Realizablek-ε湍流模型,对锥体在气液两相流场中的运动进行数值仿真.结果显示,在锥体尾部形成一组对称的回流涡,随着流体含液率的增加,主相空气相在中心轴线上的流向速度明显受到影响,尾涡变短,恢复速度变快;在绕流体的壁面上的流场的速度梯度会增大;同时绕流体周围的流场的压力梯度也会增大,湍动能和湍动能增量都会增大,与实验的结果基本吻合,验证了运用数值仿真的方法来研究气液两相锥体绕流问题是正确可行的.     

基于高速摄影传感器的气液两相流型分层模糊识别

气液两相流流型的客观和智能识别对两相流其它参数测量具有重要意义。用高速摄像机作为检测传感器,获取内径为50 mm 的绝热垂直管段内气液两相流流型图像,提取流型灰度图像的均值、标准差及二值图像的最大物体面积、宽度和高度五个特征向量,采用分层模糊推理方法实现泡状流、块状流、塞状流和乳沫状流的流型识别。对于131幅实验图像,该方法的识别正确率平均达到93.13%。     

气液两相流空隙率测量方法微重力环境应用研究

微重力环境下气液两相流空隙率测量是载人航天器需解决的关键技术之一。通过对当前常重力环境下气液两相流空隙率测量方法的特点和微重力环境对气液两相流空隙率测量的影响分析,提出了满足微重力环境气液两相流空隙率测量方法的基本要求,对当前空隙率测量方法在微重力环境应用的可行性进行了分析,并给出了相应建议。     

一种气液两相流气相参数图像检测方法

介绍了一种运用图像处理技术检测气液两相流参数的新方法,针对气液两相中气泡目标对比度低的特点,提出先对待处理图像进行分形增强,运用改进的Canny算子检测出气泡目标边缘,在经过填充和标记后检测出两相流图像面积、圆形度、截面含气率等参数,为气液传质效率建模提供了基础;实践证明该方法抗干扰能力强,是一种实用可行的参数检测方法.     

基于深度卷积神经网络的气液两相流图像分割方法

为解决气液两相流中气相与液相的精准识别问题,提出了一种基于深度卷积神经网络的图像分割方法。首先,对比研究了4种图像去噪和5种图像分割方法的优缺点;其次,采用图像去噪和图像分割的方法研究了人工合成图像,并采用图像分割评价指标量化分割结果;最后,采用图像去噪和图像分割方法对公开数据集图像和真实气液两相流图像进行实验。实验结果表明,各向异性扩散滤波器、中值滤波器、全变差滤波器和非局部均值滤波器对气泡图像的降噪性能略有差异,非局部均值滤波器的效果最优;采用卷积神经网络方法分割气泡图像时,像素精确度（PA）、平均像素精确度（MPA）、平均交并比（MIoU）、频率加权交并比（FWIoU）四个评估指标的值均超过0.84,其精度较高、分割效果较为优异,但其计算成本高于传统方法。通过对比研究气液两相流图像的处理技术,可以发现深度学习方法是未来气液两相流图像的一个重要研究方向。     

基于弧状电极传感器的气/水两相流参数测量系统设计

气/水两相流流动参数的检测对工业过程的控制和优化有重要意义,相含率作为一个重要参数直接影响到两相流建模的精度。为测量两相流相含率参数设计了弧状电极电导传感器测量系统,通过对气/水两相流典型流型的物理模拟研究了相含率与测量电压之间的关系。实验结果表明:弧状电极电导传感器的液相相含率与测量电压存在很好的线性关系,为两相流动态实验参数测量提供了依据。     

一种气液两相流双参数测量方法

提出和建立了气液两相流双参数流量测量方法及其测量系统。文中着重就该系统的几个关键技术问题进行了探讨。     

基于改进Canny算子的气液两相泡状流图像分割算法

图像分割是多相流高速视频分析的前提和基础。本文基于改进的Canny算子给出一种泡状气液两相流的图像分割方法。该方法充分考虑原始图像的灰度分布信息,利用高斯Sigma平滑滤波器有效地保持了边缘及消除了噪声,通过梯度的非极大值抑制和滞后阈值化处理后,获得了清晰的气液两相流泡状流图像边缘,为泡状流流动特性分析奠定了分析基础。     

弹状流工况下的气液两相流双参数测量

由于两相流动的复杂性,利用实验测量手段实现两相流的准确测量成为目前研究的热点.在弹状流流型的工况条件下选取了30个实验点,利用新型气液两相流检测装置进行测量实验,结果表明:液相含率测量相对误差在4.3％以内,总流量测量相对误差在1.6％以内,为气液两相流双参数测量研究提供了一种新的思路.     

基于节流原理的新型流量传感器的特性分析

由于V形内锥式流量传感器的流出系数、压损等技术参数目前仍存在着不稳定因素,借助实流实验手段,分析了孔板式、纺锤式、V锥式三种节流方式下的流出特性,在相同流态下比较了它们的压损,证明了V锥式确实存在低压损特性。依据V形内锥式流量传感器特性参数的对比实验,详细分析了影响V形内锥式流量传感器流出系数的因素,并提出相应的改进方案。这对V形内锥式流量传感器的设计和制造有一定的促进作用。     

电涡流式纸币厚度传感器设计

点钞机主要依靠磁性安全线、磁性油墨、光学特征等特征来识别伪钞,部分伪钞或残旧钞票粘贴有大小、位置不同的透明胶纸也要区分,难以通过现有技术识别。设计了一种多段机械式厚度传感器,将纸币的厚度转化为机械位移,利用基于TI公司的LDC1000电感数字转换器组成的精密位移传感器实现纸币不同部位厚度的定位检测。首先阐述了机械式厚度传感器的结构与工作原理,并介绍采用TI公司提供的WEBENCH?Designer LDC1000工具设计传感器电路系统。初步试验结果表明,该传感器可在1 mm检测范围内达到优于5μm的分辨率,检测速率达到10 kHz,满足纸币厚度检测要求。     

基于热流原理的核心温度传感器在膝关节深部测温的应用研究

人体膝关节处深部体温的监测对于关节患者治疗与康复十分重要.为了能够为热疗中的关节炎患者持续测量皮肤组织不同深部的体温.本文基于传热学原理,通过对核心温度测量技术的改进,创新性的提出了膝关节深部测温的方法.根据膝关节的特点将其划分为6个区域并布置12个位置的传感器探头,基于生物传热模型模拟了人体膝关节和传感器探头的传热实验;首先通过设置膝关节核心温度38℃不变,在稳态条件下根据传感器两侧的温度差,以及膝关节深部不同厚度处的温度,利用传热方程计算对应等厚度层皮肤组织热阻,与等温度层热阻对比分析了不同部位组织深度与热阻得关系.维持核心温度38℃,建立了热疗仿真模型,通过设置点热源,模拟高频热疗仪的深部热疗实验,利用所求热阻计算对应深部的温度与该位置探针显示温度值对比,误差在0.62℃以内.基于仿真实验结果建立膝关节传热理论并进行了热板实验和人体实验.热板实验中传感器热平衡时间约为7.7 min,平均误差为0.15℃,分析了人体实验的误差来源.这种基于仿真实验理论的符合人体工程学的体温传感器有可能对膝关节患者深部体温进行连续测量.     

小口径管道移动机器人的研究

自主行走的小口径管道机器人在特殊管段的通过性能还面临着许多问题.本文提出了一种同轴双牵引轮组螺旋驱动机器人.给出了主要参数的设计计算方法,从结构原理上研究探讨了机器人的驱动以及跨空行走、弯道引导、逾越障碍等控制问题.     

大变形柔性管道两相流流致振动研究

针对柔性管道内段塞流引起的结构大变形流致振动问题,本文采用分区强流固耦合方法建立了面向大变形两相流输运管道的双向流固耦合数值计算模型.基于流体体积法对气液两相流动界面进行追踪并结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法考虑流体域网格变形,同时采用有限元方法建立了柔性管道动力学模型,根据流体和管道壁面的相互作用构建强流固耦合计算模型.研究表明,在两相流作用下柔性管道的振动主要以类似一阶和二阶振动模态响应为主且会发生模态切换;模态切换与管内的液塞长度、液塞流动频率以及气液塞在管内的轴向分布有关;管道的大变形振动促进了短气塞的融合并显著改变了液塞的长度和频率,进而影响管道的振动和流型转变界限.     

一种两相流浓度测量传感器的仿真研究

在石油,化工等诸多生产领域的生产过程中,两相流各种参数的在线实时测量与控制是生产稳定可靠运行的重要保证,其中相浓度就是一项十分重要的参数;为了避免电容传感器结构对相浓度的影响,设计了一种同轴电容传感器,利用有限元分析软件ANSYS 对其进行了分析,在不同浓度相同流型及相同浓度不同流型两种实验方案下进行了大量实验;结果表明,该结构传感器具有均匀的敏感场分布和较高的灵敏度,而且该结构传感器电容值与流型无关,只与浓度变化有关;因此该结构传感器可应用于气/液、液/液两相流浓度参数检测,具有广阔的应用前景.     

基于热式原理的矿用缺水传感器的设计

针对电极式和靶式缺水传感器在瓦斯抽采泵供水状态检测中存在无水时显示有水、有水时显示无水等检测状态不准确的问题,设计了采用热式原理的矿用缺水传感器。该传感器在抽采泵供水管路中设置2个铂电阻;根据介质流动时要带走铂电阻表面的温度来检测这2个铂电阻温差,由此判断供水管道中是否有介质流动。煤矿现场实际运用表明,所设计的缺水传感器检测供水状态准确,运行稳定可靠,同时对外提供了RS485和无源触点等多种标准接口,对实现瓦斯抽采泵的自动控制具有重要意义。     

微细管道内壁三维测量技术研究

提出了一种适于管道内壁缺陷检测和三维测量的计算模型和测量方法．形貌检测器在驱动机构的带动下沿着管道轴线行进时,按照控制指令对管道内壁任意截面进行图像拍摄．通过对图像的处理,提取出截面上离散点的图像坐标,再结合对CCD摄像机标定得到的参数,计算出截面环上各离散点在三维坐标系中的位置,从而重构出该截面的形状,完成管道内壁的检测,并为后续的管道内表面三维重建提供数据信息．     

基于DSP和USB2．0的气固两相流测量系统设计

气固两相流参数的准确测量在包括能源、化工、环境、气象、冶金等领域都有着重要的现实意义,并且随着科学技术的迅速发展,在线、连续地对气力输送进行测量就变得越来越重要。介绍了基于DSP和USB2．0的气固两相流测量系统,对微波信号进行数据采集以及运算,并与上位机通过USB进行通信,实现气固两相流的实时监测。