气固两相流流动参数检测方法研究.pdf

内蒙古科技大学硕士学位论文
摘要
随着科学技术的发展,气固两相流体系越来越广泛的存在于现代工农业生产中,如
电厂发电、钢铁冶金、流化床反应装置中的气/固两相流以及粮食的气力输送等,它们
都涉及到气固两相流体系。气固两相流各种流动参数的精确测量与实时监测都关系到生
产过程的稳定运行以及产品质量的高低。由于气固两相流属于复杂流动体系,其流动参
数的检测方法一直以来都是一项亟待解决的技术难题。
电容层析成像技术以其非接触及可视化等优点成为目前两相流参数检测方法的研究
热点。本文选择电容层析成像技术作为切入点进行了以下研究:
首先,文章对电容层析成像技术进行了系统的分析与研究,并且利用大型有限元分
析软件 ANSYS 建立了二维、三维立体模型,方便快捷的得出了仿真电容值,相比较于
利用 MATLAB 或者 VC 编程的方法获得电容值缩短了开发时间并降低了开发成本。
其次,通过对应用于电容层析成像技术中的典型的八电极结构传感器进行深入的分
析与实验仿真,文章给出了此结构传感器的灵敏度分布,并且利用神经网络对实验管道
内部的物像分布进行了图像重建。结果表明,八电极电容传感器没有均匀的灵敏场分布
以及较高的灵敏度,这给图像重建的精确度造成了一定的影响。
最后,为了解决图像重建问题,本文又对同轴电容传感器和螺旋式电容传感器进行
了实验仿真。结果表明,这两种不同类型的传感器都具有均匀的敏感场和较高的灵敏
度,而且这两种结构类型的传感器所测得的电容值只与固相介质的浓度大小有关,与气
固两相流流型的变化没有关系。因此,电容值可以直接反映出固相浓度的大小,从而避
免了通过图像重建获得固相浓度这一步骤。
基于以上仿真研究,同轴电容传感器和螺旋式电容传感器结合互相关技术可应用于
气/液、液/液、气/固两相流相浓度、速度参数的在线检测。










关键词:气固两相流;神经网络;图像重建;同轴电容传感器;螺旋电极



I
内蒙古科技大学硕士学位论文
Abstract
With the development of science and technology, gas-solid two-phase flow systems
are more and more widely applied in modern industrial and agricultural production. For
example, power plant, ferrous metallurgical and fluid bed reactor, their productive process
almost involve material pneumatic conveying which belongs to gas-solid two-phase flow
systems. The gas-solid two-phase flow parameters’ accurate measurement and real-time
monitoring are very important for the stable operation of the production process and product
quality. Because of gas-solid two-phase flow belongs to plex flow system, its flow
parameter’s detection method is a technical difficulty for a long time.
This paper selected electrical capacitance tomography technology as an entry point
because of there are some technological as noncontact; visualization; and so on.
The main contributions and works are as follows:
Firstly, this thesis made a statistical research on the electrical capacitance tomography
technology, also, established the 2-D and 3-D model, and got the capacitance q