氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)非接觸式電學(xué)測(cè)量新方法研究

本項(xiàng)目將電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D）技術(shù)拓展為非接觸電阻抗測(cè)量（Contactless Impedance Detection，CID）。將阻抗相消原理和相敏解調(diào)技術(shù)相結(jié)合，提出了適用于氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的非接觸式電阻抗測(cè)量（Contactless Impedance Detection,CID）新方法，并研發(fā)出兩種構(gòu)型的CID傳感器。利用所研發(fā)的CID傳感器獲得的完整電阻抗信息，結(jié)合先進(jìn)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提出了多種氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)新方法，包括流型辨識(shí)、相含率測(cè)量、流速/流量測(cè)量等。在毫米級(jí)氣液兩相流管道上進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所研發(fā)的CID傳感器是成功的，所提出的各氣液兩相流參數(shù)測(cè)量新方法是有效的。與此同時(shí)，將所研發(fā)的CID測(cè)量新方法引入電學(xué)層析成像領(lǐng)域，提出了一種新型的非接觸式電學(xué)層析成像技術(shù)，即電容耦合式電阻抗層析成像（Capacitively Coupled Electrical Impedance Tomography，CCEIT）。本項(xiàng)目的研究可為氣液兩相流領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用提供有效的測(cè)量手段，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。 2100433B

本項(xiàng)目擬將電容耦合式非接觸電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)提升為非接觸電阻抗測(cè)量,研究一種適用于氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的非接觸式電學(xué)測(cè)量新方法，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)。擬結(jié)合阻抗相消和相敏解調(diào)等電阻抗測(cè)量技術(shù)，研制出適用于氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的新型非接觸式電阻抗傳感器，獲得反映氣液兩相流流動(dòng)特性的完整電阻抗(幅值，實(shí)部和虛部)信息。研究氣液兩相流各電阻抗測(cè)量信息與流型，相含率、流速/流量等被測(cè)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，綜合運(yùn)用各種先進(jìn)的信息處理方法，建立相應(yīng)的測(cè)量模型，并最終實(shí)現(xiàn)基于非接觸式電學(xué)測(cè)量新方法的氣液兩相流參數(shù)在線測(cè)量。本項(xiàng)目的研究可為氣液兩相流系統(tǒng)的機(jī)理研究和工程應(yīng)用提供有效的參數(shù)測(cè)量新方法，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

電學(xué)量測(cè)量是電磁測(cè)量的重要內(nèi)容，廣泛用于科學(xué)研究和生產(chǎn)等部門(mén)。此外，由于電學(xué)量便于傳遞、易與其他能量形式相互轉(zhuǎn)換，并且進(jìn)行測(cè)量的電工儀表和測(cè)量方法發(fā)展得較為成熟，因此一些磁學(xué)量和非電量也多轉(zhuǎn)換為電學(xué)量來(lái)測(cè)量。

小通道氣液兩相流已成為多相流領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的兩相流檢測(cè)技術(shù)難以滿足小通道氣液兩相流研究發(fā)展和工程應(yīng)用的迫切需求。本項(xiàng)目擬在多傳感器信息融合的框架下，尋求適用于小通道氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的新方法。擬研發(fā)出適用于小通道的新型一體型電學(xué)傳感器。擬綜合應(yīng)用電學(xué)和光學(xué)先進(jìn)傳感技術(shù)，獲取反映小通道氣液兩相流流動(dòng)特性的信息。擬結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，進(jìn)行小通道內(nèi)兩相流流動(dòng)特性的分析，建立小通道氣液兩相流參數(shù)測(cè)量模型。最終，實(shí)現(xiàn)小通道氣液兩相流流型辨識(shí)，液膜厚度、相含率和流速/流量等關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量。本項(xiàng)目的研究工作將為小通道氣液兩相流參數(shù)測(cè)量提供有效的測(cè)量方法，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目在多傳感器信息融合的框架下，針對(duì)小通道氣液兩相流的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了新型光學(xué)陣列傳感器、軸向和徑向兩種電極結(jié)構(gòu)的電容耦合非接觸式電導(dǎo)測(cè)量（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection，簡(jiǎn)稱C4D）傳感器；開(kāi)發(fā)了光學(xué)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)、基于C4D傳感器的參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)、基于PVT原理的參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)以及多視覺(jué)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)；結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對(duì)獲取的光學(xué)、電學(xué)、差壓和圖像信息進(jìn)行了深入分析，分別建立了小通道氣液兩相流流型辨識(shí)模型、相含率測(cè)量模型、流速/流量測(cè)量模型和液膜厚度測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)參數(shù)的檢測(cè)；進(jìn)行了流型和相含率多傳感器信息融合模型的研究工作，提高了系統(tǒng)辨識(shí)精度和測(cè)量的可靠性；拓展研究了C4D電學(xué)傳感器在小通道沸騰傳熱監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，提出了一種小通道沸騰傳熱在線監(jiān)測(cè)新方法。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明所提出的檢測(cè)方法和系統(tǒng)是有效的。本項(xiàng)目資助下，已在Measurement Science and Technology，AIChE Journal，Review of Scientific Instruments，Pattern Recognition Letters，Particuology，Sensors等國(guó)際著名期刊發(fā)表SCI收錄論文7篇，他引27次，EI收錄論文7篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)。本項(xiàng)目的研究為小通道氣液兩相流參數(shù)測(cè)量提供了有效的手段，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。