基于电磁超声横波的管道剩余厚度检测

为实现管道剩余厚度的精确检测,设计了一种基于电磁超声横波的非接触式管道厚度检测系统。采用自研的电磁超声大功率激励源与换能器产生测厚横波,并由接收器对回波电压信号进行实时滤波和处理,得到铝制管道的精确剩余厚度。针对电磁超声回波的小信号和低信噪比对激励线圈参数进行优化,在此基础上对横波声束在圆形管道界面辐射特性进行分析。根据换能器线圈匝数、线圈宽度分别为回波信号峰峰值和信噪比的最大影响因子,设计优化后检测换能器并实现了误差小于0.2%的剩余厚度检测。      

基于超声多普勒与电导环的油水两相流流速测量

两相流动现象广泛存在于众多工业领域中,其流动过程参数如流速的准确测量对量化体积/质量流量及优化生产工艺和过程设备有重要意义。针对水平油水两相流流速测量问题,提出了一种同侧双晶连续波超声多普勒（CWUD）与电导环传感器相结合的测量方法。非侵入式超声多普勒传感器为双晶超声换能器,由2个倾角相同且中心频率为1 MHz的压电陶瓷晶片组成,两者之间使用隔声材料防止声波干扰,其中发射晶片向流体连续发射超声波,同时接收晶片接收经流体中离散液滴散射的超声波,测量区间覆盖管道横截面的整个径向范围。动态实验在50 mm管径的水平油水两相流装置上完成,通过分析油水两相流多普勒频移响应特性,发现在测量区间内,平均多普勒频移与总表观流速之间随连续相不同而呈现2种线性关系。因此,根据电导环传感器的电学敏感原理,获得无量纲电压参数判断两相流的连续相,继而选取相应流动状态下的测量模型,计算流体总表观流速。实验结果表明:总表观流速估计值均方根误差为0.01 m/s,平均相对误差为3.09%,其中相对误差小于5%的置信概率为70%。      

两相流中的速度分离和相关法测量

本文讨论两相流流动中的速度分离和相关法在两相流测量中的应用。在密度差别较大时,存在着不同介质间的速度分离,给相关法测量带来困难。但相关法仍是一种较好的选择。文中列举了速度分离的两种典型形式,并给出了气液两相流管道中的试验结果。在垂直管道中,很容易避免偏正型流动,实现各向同性的介质分布和较均匀的速度分布,流速测量比在水平管道上容易。用相关法在垂直管道上进行的测最一般反映被载介质的运动。     

四柱式焊缝跟踪涡流传感器及其应用

研制了一种新型的四柱式焊缝自动跟踪用涡流传感器.传感器激励线圈在工件中感应出涡电流,利用测量线圈检测涡流的大小以获得焊缝位置信息,可以检测出薄板对接焊缝横向和纵向位置信息.它具有非接触、尺寸小、灵敏度高、响应速度快、并可以用于非铁磁性材料的特点,已成功地应用于焊接自动跟踪系统.对其原理、传感器探头、信号处理方法、传感器特性等进行了详细的介绍.      

基于新型C4D的小管道气液两相流流型辨识方法

基于径向结构的电容耦合式非接触电阻抗检测传感器,结合小波包分析技术和K-均值聚类算法,提出一种小管道气液两相流流型辨识方法。首先,利用径向结构的电容耦合式非接触电阻抗检测传感器,获取反映被测流体信息的电阻抗测量信号实部信息和虚部信息。然后,采用小波包分解的信号处理技术将实部信息和虚部信息分别分为4个频率段,提取不同频率范围的能量分布情况,并与各自的均值、方差构成特征向量。最后,利用K-均值聚类算法进行模式分类,建立流型辨识模型。在内径为3.5 mm和5.5 mm的玻璃管道内进行验证实验,实验结果表明,所获得的传感器测量信号能反映流体流动信息,提出的流型辨识技术路线是有效的,流型辨识精度可达88%以上。     

基于双耦合Duffing振子的气液两相流动特性分析

提出了双耦合Duffing振子仿真系统检测小通道气液两相流型信号的方法。搭建了双耦合Duffing振子仿真系统,针对流型信号的特征确定了3个关键参数:阻尼比、耦合系数和频率,并应用典型混沌信号Lorenz和R9ssler对该仿真系统进行了性能检测。在两相流型信号检测时,提取了振子振动的瞬时速度和位移2个特征值,并基于特征值对流型动力学特性及流型辨识进行了深入研究。结果表明:通过对典型混沌系统的检测验证,发现本文检测方法具有较好的抗噪能力,能够较好地表征典型信号的混沌特性。提取的2个特征值能够揭示出小通道气液两相流型转变过程中气液两相间的作用机理。系统的振子振动瞬时速度结合位移实现了小通道气液两相流典型流型的准确识别,有助于其他不同介质的多相流动特性分析与流型辨识。     

超外差接收相敏检波在电磁超声检测中的应用

为了提高电磁超声检测接收信号的信噪比,研究和设计了基于超外差接收正交相敏检波技术的电磁超声检测系统.应用该系统分别对铝合金、碳钢和不锈钢试样进行了检测,对接收信号进行了正交相敏检波处理,将处理后的信号同原始接收射频信号进行了对比,分析了中频放大器和相敏检波器中低通滤波器的带宽设置对检测结果的影响.研究结果表明:超外差接收正交相敏检波技术在铝合金、碳钢和不锈钢等非铁磁性或铁磁性金属材料的电磁超声检测中可以起到去噪、提高信噪比的作用.      

基于CCERT与声发射技术的气液固三相流相含率测量

传统的相含率测量方法在测量三相流相含率时只能对某单一相进行检测,针对此问题,基于电容耦合电阻层析成像(CCERT)技术与声发射技术,建立了相含率测量模型,提出了一种三相流各相相含率的非侵入式测量方法。利用偏最小二乘回归法,在静态情况下建立CCERT技术的相含率测量模型,同时在鼓泡床上进行动态实验,采用差压法进行同步测量作为参考值验证模型的有效性,实现了对两相相含率的非接触测量。在此基础上,通过对声发射技术采集到的声音信号进行处理,建立声发射技术的气相相含率预测模型,利用该模型测量出三相体系中的气相相含率,结合CCERT技术测量出三相体系中的不导电相相含率,从而利用非侵入式测量方法得到三相流中的各相相含率。     

气泡雾化喷嘴水平喷射的雾化特性研究

研究了水平喷射、端面注气方式的气泡雾化喷嘴结构及工作参数对雾化及流场特性的影响.试验全部在常温常压下进行,液体采用水,雾化气为压缩空气.用2D PDA测量了液雾的平均直径尺寸分布和速度分布.液体喷射压力变化范围200~600 kPa,气液比变化范围4%~10%左右.试验研究了端面注气方式下,注气孔孔径及数目、混合管长度、液体流动状态及工作参数对雾化特性的影响.结果表明,水平喷射的气泡喷嘴,注气孔的尺寸及数目均对雾化特性产生影响;混合段存在一最佳值范围,在此范围内,喷嘴可获得高的雾化质量;液体旋转流动对雾化特性无显著影响,但可影响两相流动中气泡的分布.     

失重飞机搭载气 /液两相流实验研究

利用俄罗斯IL-76MDK失重飞机对失重条件下方形截面(12mm×12mm)管道内气/液两相流动进行了实验研究,观测到失重条件下气/液两相泡状流、弹状流和环状流等三种主要流型,同时得到了气、液两相介质的流量、温度和实验段内压力等结果,分析了失重条件下方形截面管道内气/液两相流型转换的条件.      

不同重力条件下水平管内气液两相流流型及空隙率分布的数值模拟

基于VOF方法建立了不同重力条件下水平管内气液两相流动的三维非稳态数学模型并进行了数值求解, 研究了10-4g₀, 0.17g₀, 0.38g₀, 1g₀ (g₀=9.8m·s-2)四种重力条件下水平管内气液两流型及变化规律, 比较了不同重力条件下管内截面空隙率的分布和波动规律. 研究结果表明, 该模型能够正确预测不同重力条件下水平管内气液两相流的流型、截面空隙率和滑速比等重要参数; 同一气液两相表观速度工况下, 随着重力水平的升高, 气相更容易在水平管的上部积聚合并, 致使流型发生变化, 同时, 气液两相滑速比增大, 截面空隙率波动峰值的平均值下降, 波动频率降低; 而随着气液两相表观速度的增大, 两相混合工质内惯性力作用也随之增强, 这将削弱重力变化的影响.      

微重力量值对气液两相流相分布及液相湍流统计量影响的数值研究

气液两相流在空间领域具有广阔的应用前景, 深入理解微重力量值(微重力大小)对相分布和液相湍流的影响十分必要. 采用欧拉elax-elax拉格朗日双向耦合模型深入研究了不同微重力量值对相分布和液相湍流的影响. 液相速度场通过直接数值模拟求解, 气泡的运动轨迹由牛顿运动方程跟踪. 研究表明, 气泡分布和液相湍流与微重力量值均具有直接联系. 在低微重力量值下, 气泡近似均匀分布在槽道内, 且对液相湍流统计量几乎没有影响; 然而当微重力量值较高时, 大量气泡聚集在壁面附近, 液相湍流由于气泡的注入受到极大调制.      

气液鼓泡床反应器中气泡行为光纤探针测量方法

本文分别采用电导探针和光纤探针测量气液鼓泡床反应器中的气含率、气泡速率和气泡弦长等气泡行为,结果表明光纤探针对气泡具有响应迅速、阶跃显著的特点。将光纤探针信号进行方波化处理,探针在气相中的采样点数与总采样点数之比即为局部气含率,再沿径向积分可得平均气含率,以压差法测得的平均气含率为基准,光纤探针比电导探针准确性更高。将改造后的光纤探针应用于高温、高压、液相为有机体系的气液鼓泡床反应器,测得该反应器的气含率呈中心及边壁低、0.4倍半径处最大的抛物形分布。因此,开发的光纤探针可用于高温、高压、液相有机体系中气泡行为的测量。     

搅拌流内大振幅界面波特性研究

针对竖直管内不同工况下气液两相搅拌流内的大振幅界面波特征参数(波形、波幅、波长和频率等)及运动特性进行了实验研究,系统分析了流动参数对大振幅界面波特征参数及运动特性的影响规律。结果表明:由于重力和气流剪切力在大振幅界面波不同运动阶段的影响程度不同,大振幅界面波在运动过程中存在与气流先逆向后同向的运动特点,证明了液泛现象普遍存在于搅拌流内,揭示了造成搅拌流液膜振荡剧烈的原因;搅拌流内,大振幅界面波波形符合正态分布函数特征,且波幅较环状流内扰动波波幅大,但是波幅和波长变化趋势与环状流内扰动波变化趋势相似,即波幅和波长随着气速的增大而减小,随液量的增大而增大,且当气速较小时,临界波幅随着液量的增加逐渐趋于定值;而大振幅界面波平均产生频率随气速和液速的增大而增大。     

过冷核态池沸腾中的Marangoni效应

分析了过冷核态池沸腾过程中气泡横向运动现象,指出其成因在于相邻气泡界面温度差引起的Mara-ngoni对流对周围液体的吸引.通过对该流动的尺度分析,得到了气泡横向运动特征速度及其可观测度的估算公式,其预测结果与实验观测相一致.特别是对极细小的初始核化气泡,该公式预测了强烈的横向Marangoni对流会导致气泡顶端微射流的形成.该效应在加热面水平向下或微重力沸腾等气泡脱落频率较低的情形中尤为重要.      

超声激励薄液膜Faraday波形成机理

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学（CFD）方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday波的形成机理,得到Faraday波的振动频率约为超声激励频率的1/2。液体惯性的存在,导致超声激励与液体表面波存在不断变化的相位差,相位差变化周期约等于2个超声激励周期。通过35 kHz超声激励薄液膜实验,在薄液膜表面观察到排列整齐的Faraday波图案,通过测量Faraday波的波长,得出实验获得的Faraday波频率约为超声激励频率的1/2,与有限元仿真结果一致。