氣液兩相流參數(shù)檢測非接觸式電學測量新方法研究

本項目將電容耦合式非接觸電導測量（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D）技術拓展為非接觸電阻抗測量（Contactless Impedance Detection，CID）。將阻抗相消原理和相敏解調技術相結合，提出了適用于氣液兩相流參數(shù)檢測的非接觸式電阻抗測量（Contactless Impedance Detection,CID）新方法，并研發(fā)出兩種構型的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，結合先進信號處理和數(shù)據(jù)挖掘技術，提出了多種氣液兩相流參數(shù)檢測新方法，包括流型辨識、相含率測量、流速/流量測量等。在毫米級氣液兩相流管道上進行了測試實驗，實驗結果表明所研發(fā)的CID傳感器是成功的，所提出的各氣液兩相流參數(shù)測量新方法是有效的。與此同時，將所研發(fā)的CID測量新方法引入電學層析成像領域，提出了一種新型的非接觸式電學層析成像技術，即電容耦合式電阻抗層析成像（Capacitively Coupled Electrical Impedance Tomography，CCEIT）。本項目的研究可為氣液兩相流領域的學術研究和實際應用提供有效的測量手段，具有重要的學術價值和廣闊的實際應用前景。 2100433B

本項目擬將電容耦合式非接觸電導測量技術提升為非接觸電阻抗測量,研究一種適用于氣液兩相流參數(shù)檢測的非接觸式電學測量新方法，并進而實現(xiàn)氣液兩相流參數(shù)檢測。擬結合阻抗相消和相敏解調等電阻抗測量技術，研制出適用于氣液兩相流參數(shù)檢測的新型非接觸式電阻抗傳感器，獲得反映氣液兩相流流動特性的完整電阻抗(幅值，實部和虛部)信息。研究氣液兩相流各電阻抗測量信息與流型，相含率、流速/流量等被測參數(shù)之間的關聯(lián)關系，綜合運用各種先進的信息處理方法，建立相應的測量模型，并最終實現(xiàn)基于非接觸式電學測量新方法的氣液兩相流參數(shù)在線測量。本項目的研究可為氣液兩相流系統(tǒng)的機理研究和工程應用提供有效的參數(shù)測量新方法，具有重要的學術價值和廣闊的工業(yè)應用前景。

電學量測量是電磁測量的重要內容，廣泛用于科學研究和生產等部門。此外，由于電學量便于傳遞、易與其他能量形式相互轉換，并且進行測量的電工儀表和測量方法發(fā)展得較為成熟，因此一些磁學量和非電量也多轉換為電學量來測量。

小通道氣液兩相流已成為多相流領域研究的熱點之一?，F(xiàn)有的兩相流檢測技術難以滿足小通道氣液兩相流研究發(fā)展和工程應用的迫切需求。本項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)檢測的新方法。擬研發(fā)出適用于小通道的新型一體型電學傳感器。擬綜合應用電學和光學先進傳感技術，獲取反映小通道氣液兩相流流動特性的信息。擬結合數(shù)據(jù)挖掘和機器學習等技術，進行小通道內兩相流流動特性的分析，建立小通道氣液兩相流參數(shù)測量模型。最終，實現(xiàn)小通道氣液兩相流流型辨識，液膜厚度、相含率和流速/流量等關鍵參數(shù)的測量。本項目的研究工作將為小通道氣液兩相流參數(shù)測量提供有效的測量方法，具有重要的學術價值和廣闊的實際應用前景。

本項目在多傳感器信息融合的框架下，針對小通道氣液兩相流的特點，分別設計了新型光學陣列傳感器、軸向和徑向兩種電極結構的電容耦合非接觸式電導測量（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection，簡稱C4D）傳感器；開發(fā)了光學參數(shù)檢測系統(tǒng)、基于C4D傳感器的參數(shù)檢測系統(tǒng)、基于PVT原理的參數(shù)檢測系統(tǒng)以及多視覺參數(shù)檢測系統(tǒng)；結合數(shù)據(jù)挖掘和機器學習等技術，對獲取的光學、電學、差壓和圖像信息進行了深入分析，分別建立了小通道氣液兩相流流型辨識模型、相含率測量模型、流速/流量測量模型和液膜厚度測量模型，實現(xiàn)了相應參數(shù)的檢測；進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)辨識精度和測量的可靠性；拓展研究了C4D電學傳感器在小通道沸騰傳熱監(jiān)測中的應用，提出了一種小通道沸騰傳熱在線監(jiān)測新方法。實驗研究結果表明所提出的檢測方法和系統(tǒng)是有效的。本項目資助下，已在Measurement Science and Technology，AIChE Journal，Review of Scientific Instruments，Pattern Recognition Letters，Particuology，Sensors等國際著名期刊發(fā)表SCI收錄論文7篇，他引27次，EI收錄論文7篇，獲得授權發(fā)明專利7項。本項目的研究為小通道氣液兩相流參數(shù)測量提供了有效的手段，具有重要的學術價值和廣闊的應用前景。