两相流参数检测技术的发展

1、两相流参数检测技术的发展两相流动体嬪鸡布卩们油、化I,能源、廩能等齐种国民经济牛严领域中.火籥推力燃烧、原油开采*石油的催化裂化、医断仅品行业中的粉末处理过程、煤粉的输送、气力输送等生产过程测试都屈于两相流的测量问题.两相流在现代工程中得到广泛应用和所沙及的领域在国民经济生产中具有重耍作用.从Muft!使了购相流的领域研究工作的迅速圧展.但址苗于齐相态渝休动力学特性十分复杂.随机性很大，致使参数检测难度増大.它还处于一个探累研凭知域(葺国内、外许至科学：作者对其做大吐的研究.为此圉绕苗相流参数检测至涉及一些新狗技术.如微波技术、流动成像技术、尤紆通忙技术裁电容层析成橡(ElectricalCa

2、pacitanceTomography*ECT)技术址丨世纪盹年代末发展起来的一种用于工业管道多相流检测技术.已在輪油管道中的油/气两相流磁、气力输送中的气/固两相流等涼型可ft!化监测屮得到应用血-ECT技术是通过充绝缘管遇表面附着上金属电极管道内含有两相或多相介质的流动将会广牛卷谕介电常数发住变化.逋过测虽电械Z何的电容備fl町以了解到封闭管道内的流型，运动状态.流盘和二维或#m的可视化图像偽恿反相甘苴他搓术.H仃安全性能好、康理简单、非便入式.成木低、适用范围广等优点是从根帛上解决两相流务券效检测的一种理想方也是II询过林L：析成像(ProcessTamography,PT)技术的I流技

3、术Z-TillLIAu!ECT勺检测找术和测吐方汕人部"还都是处实验肃研凭阶段-已经成为商品化井且应用于现场的在线检测技术旌不是很多.随着1：业化生产水平的不斯提就.对ri-业过程中的节能减排、探障宾全与清洁生产以矗保证巫s与产ft都提出了更高的要求.因此对电容B析成像技斥的进一步完善与研究有着I分重要的意儿1.2两相流参数检测技术的发展两相流动是一个很复杂的运动，其物理特性和数学描述耍比单相流笑杂得多，具仃流熨更杂多变、存在相间相互作用、数学描述堆度人等特点。为了更好的对两相流流动规律进行讨论,需要对两相流动过程中的特点进行描述,引入两相流参数的概念，利用先进的传感器技术对这些参敌

4、进行检测，通常分成以卜三类叫直接与设计有关的参数用以提供稳态或事故状态卜设计的极限数据.如压力降、分相含率、流呈、传热系数、传质系数及临界热通虽。（2）与系统研究仃关的参数，该参数是时何或空间的平均参数，是为了改进设计并对系统进行研究所爲了解的参数。如流型、相浓度分布、速度分布、质址流屋分布、气泡、液滴、颗粒尺寸及其分布、液膜厚度幅值分布等。（3）脉动参数，该参数是随时间变化的波动参数，如速度波动、压力波动、温度波动、相浓度波动等。其中流型，分相含率和流虽是三个最航要也是畏娥检测的参数，国内外学者做了大屋匸作，涉及孑种新技术：如激光多普勒技术、核磁共振技术、过程层析成像技术、放射线技术、光纤技

5、术和超声波技术等等。1.3电容层析成像技术发展简介电容厘析成像技术是过程厘析成像技术的-种，过程g析成像技术（ProcessTomography）是20世纪80年代由医学CT技术演化而来，用F检测匸、上生产中用常规检测技术无法检测到封闭管道、流化床等内部两相流体的齐相分布情况。1.3.1过程层析成像技术过程层析成像（ProcessTomography.简称PT）技术是两相流/多相流参数检测的-种，是20世纪80年代中期形成的将医学的CT技术应用F工业生产过程参数分布的在线丈时检测技术，其特点是利用彼测II标外部的检测们息.來获収彼测II标内部变化状态或岛速流动状态过程肚析成像技术常采用各种特殊

6、设计的传感器阵列,以获取被测两相/多相流介质的流场信息,根据流场伯息与被测II标的作用机理，运用相关的重:建舁法巫建出两相流体在管道内或反应装置内部横截Illi上的动态分布ti*i况.按照传感器种类.PT可分为电磁辐射式，声学式和电学式三大类。在电学式的过程成像中，以电阻，电容，电感作为传感器是H前研究的主要对線，分别称为电阻层析成像（ERT）,电容层析成像（ECT）,电感层析成像（EJTT）.过程层析成像在多相流参数检测领域中应用仃着广泛的用途，具体农现在以卜儿个方血：（1）能够提供出被测多相流体管道某-截面可视或直观描述的实时图像,因此可用于流型的辨识:（2）处理和分析图像.可以得到管道内

7、部多相流体备相组分局部浓度的分布.处理后还可得到存分相的总浓度：（3）通过将流动成像技术和相关流速测虽技术等技术相结合，也可实现茎相流体的总质址流虽分相质虽流虽及流体在管道截浙流速分布的在线实时检测。电容层析成像技术电容层析成像（ECT）技术是工业过程层析成像的一种，它根据管道内被测物质各相之何通常具仃不同的相对介电常数当各相成分分布或浓度分布发生变化时，致使管道内混合流体等价介电常数发生变化,从而使电容传感器阵列电极对间的电容值发生变化,通过数据采集和处理电路获得电容投影数据并将其传输到成像计算机，采用介适的图像車建算法車构被测物场的介质分布惜况。由于其具有成本低、响应速度快、非侵入性、安全

8、性能好、应用范围广等特点.被认为是PT技术的研究和发展的主流。对于ECT技术，经过二I儿年的发展已经収得很人的进展，尤其是欧洲-些国家一直处于领先地位.首台8电极电容层析成像系统是在1988年由英国曼彻斯特大学研制凹，并采用线件反投影算法，初步得到气固两相流模拟实验的结果：两年后该系统的传感器发展为12电极，觀备了Transputer系列高速并行处理器件.并稳定运行在油/气两相流体实验装置上，在线图像重建速度能够达到40幅/秒且更新存储图像灰度数据的速率达到100次/秒叫英国过程层析成像公司研制出图像重建速率40幅/秒、采样速率40幅/秒、电容传感器与二次仪表的距离达到250米的ECT系统PL

9、T200叫澳大利亚的CSIR0矿业公司和炎国杜邦公司的研究人员采用PLT-200型ECT系统监测流化床的运行T：况，取得了很好的实验效果.另外像挪威、徳国、日术、荷兰等国家对ECT技术进行了深入的研究叫随着电容层析成像技术的发展IN内一些科研单位和高校也相继展开对ECT技术的研究，中科院匸程热物理研究所的刘石皿切等人采用ECT技术对循环流化床固体浓度的进行测虽以及对介质内火焰分布的可视化测虽：浙江大学王保丄跑等人采用ECT技术完成对油气两相流空隙率的研究：亿,;等人研制出基FFPGA的双模态电容/电阻成像系统：东北电力大学周云龙刚等人采用FPGA器件进行ECT系统的设计.提高了ECT系统的集成

10、度，降低了们号的噪声,减少了杂散,提高了系统的伯噪比：哈尔滨理工大学陈徳运血等人在电容层析成像方而也做了大虽的研究工作：南京理工大学杨道业以及东南大学王式民跖泗等人将电容层析成像系统W用在煤粉气力的输送中。从国内外报道中仟，电容层析成像技术已经取紂了仃意义的研究成果。到目前为止，国内外已有-些研究成果发表.在传感器结构优化设计方面i,对传感器阵列电极结构参数仿真优化设计的研究还是相对比较深入,但传感器阵列电极结构参数的实验研究为数不多：在ECT系统微小电容检测、数抑;采集仃处理系统方面lJ>M，微小电容检测问题是多年来一直制约电容层析成像技术发展的瓶颈.尤其是应用在工业现场中会竹更多的实际用难.ECT系统中常用的微小电容检测方法.仃谐振法、振荡法、差动充放电法、交流电容法:在ECT系统敏感场特性分析、仿真边模方血进彳i了许姜研究工作“珂:ECT系统的图像重建算法方面"阊，园内外在理论和仿真研究上比较常见,主要有线性反投彫法、M0R法、迭代法、何农法、ART算法、遗传算法、BP神经网络法、正则化方法等，一股的图像巫建酿法址以同时保证速度和粘度的要求，2是定性算法.II询研究内容主要处F实验审研究阶段，理论需要进一步完善，把电容L：析成像技术应用到工业现场中参数检