气液两相流相含率电学测量新方法研究

发布时间：2017-12-09 21:26

  本文关键词：气液两相流相含率电学测量新方法研究

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【摘要】：气液两相流广泛存在于石油、化工、能源、动力和制药等众多工业过程,相含率的准确测量对两相流系统的状态监测、过程控制及安全运行等均有重要的作用。由于气液两相流体特性复杂,相含率测量难度大,一直是科研和工业领域中长期没能得以很好解决的难题。电容耦合式非接触电导测量(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D)是一种新型非接触式电学测量技术,为解决气液两相流相含率测量提供了一条新的思路。本学位论文拟在C4D技术的基础上,从获取和利用气液两相流的等效电导或完整电阻抗信息两条不同的途径出发,提出气液两相流相含率测量的新方法。本学位论文中的主要创新点和贡献如下：1、研发了一种适用于常规管道气液两相流相含率测量的六电极C4D传感器。所研发的六电极C4D传感器以获取气液两相流的等效电导为测量模式。传感器采用相敏解调(PSD)技术测量气液两相流的等效电导,可获得反映气液两相流相含率的15个电导信号。电导测量实验结果表明,研发的六电极C4D传感器是成功的,传感器的电导率测量精度令人满意。在四种管径(内径分别为22.0mm、29.0 mm、36.5 mm 和 47.0 mm)下,电导率测量的最大相对误差小于5%(电导率范围：0.1mS/cm-10mS/cm).2、利用六电极C4D传感器获得的等效电导信号,结合数据挖掘技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法针对各种典型流型分别建立相应的相含率测量模型。实际测量时,首先利用六电极C4D传感器获得气液两相流体的电导信号,然后依据流型分类器进行流型辨识,最后根据流型辨识结果选择相对应的相含率测量模型来计算相含率值。其中,流型分类器通过LS-SVM分类技术建立,相含率测量模型通过PLS特征提取和LS-SVM回归技术建立。3、相含率测量实验结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是有效的。在四种不同管径(内径分别为22.0 mm、29.0 mm、36.5 mm 和 47.0 mm)的静态相含率测量实验中,典型泡状流、层状流和环状流流型下的相含率测量最大绝对误差均小于3.76%。动态相含率测量实验中,在三种不同管径(内径分别为17.0 mm、22.0 mm和36.5 mm)下四种典型流型(泡状流、段塞流、层状流和环状流)的相含率测量最大绝对误差均小于9.47%。4、结合串联谐振原理和PSD技术,研发了一种适用于气液两相流相含率测量的新型径向两电极非接触电阻抗传感器。串联谐振原理用于克服耦合电容存在的不利影响(耦合电容的容抗被引入电感模块的感抗消除)。PSD技术用于获得气液两相流的完整电阻抗信息(包括电阻抗的幅值、实部和虚部)。实验结果表明,所研发的径向两电极非接触电阻抗传感器是成功的。与传统接触式电导传感器相比,径向两电极非接触电阻抗传感器可以避免电极极化和电化学腐蚀等问题,且能够成功获得两相流的完整电阻抗信患。5、研究了应用径向两电极非接触电阻抗传感器获得的完整电阻抗信息进行气液两相流相含率测量的可行性。研究结果表明,径向两电极非接触电阻抗传感器应用于气液两相流相含率测量是可行的。对于典型流型(泡状流和层状流),电阻抗幅值、实部和虚部与相含率之间是有不同的关联关系。气液两相流电阻抗的各个部分可以从不同的方面反映相含率信息。研究结果同时表明,气液两相流电阻抗的虚部信息对相含率测量非常有用。充分利用气液两相流的完整电阻抗信息能有效地提高相含率测量精度。在研制的两个径向两电极非接触电阻抗传感器(内径分别为17.0 mm和22.0mm)下,典型流型下的静态相含率测量最大绝对误差均小于4.8%。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O359.1;TP212.9

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本文编号：1271937