Phase distribution in horizontal gas-liquid two-phase bubbly flow

An investigation on phase distribution in air-water two-phase flow in horizontal circular channel was conducted by using the double-sensor resistivity probe.The variations of phase distribution with variations of gas and liquid volumetric fluxes were analyzed and the present data were compared with some of other researcher’s data and existing models. It was found there exists more complicated phase distribution pattern in horizontal flow system than in vertical flow. The radial local void fraction profiles are similar at the same measurement angle with various gas and liquid flow rates. However, an asymmetric profile can be observed at a given slice of the pipe cross-section.

基于多尺度熵分析的CO_(2) 气液两相流流型识别

利用四电极对壁式电容传感器中对流型变化最敏感的一组极板对,获取CO_(2)气液两相流不同流型的电容时间序列,并采用多尺度熵算法进行分析。依据多尺度熵曲线的3个特征:前端多尺度熵率、中段多尺度熵率和末端多尺度熵截距,对不同气液两相流工况进行流型识别,并将识别结果与高速摄像机获得的两相流照片判断的流型进行对比。研究表明,通过电容时间序列多尺度熵曲线能够充分展示两相流动的动力学特征,使用多尺度熵曲线的3个特征进行流型识别,能够较为准确地识别分层流、段塞流、泡状流和混状流4种流型,识别准确率优于99%。

液氧加注系统流量计选型及使用

液氧作为一种清洁高效推进剂广泛应用于国内外主流运载火箭。为保证液氧加注精度及加注过程安全,液氧加注系统设置了流量计对加注流量进行监测。根据液氧加注系统流量测量需求及使用工况,流量计选型主要考虑的因素包括:1.流量计接液部分材料应满足介质相容性要求,并具有耐低温适应性;2.流量计使用工况存在气液两相流,要求在气液两相流较大流量具有工作安全性和可靠性;3.流量计防爆型式应满足液氧场合使用要求。综合选型要求和行业应用经验,该型号液氧加注系统选用涡街流量计,介绍了流量计使用相关要求和数据采集设置方法。

基于电容传感器的液体管内含气率测量系统的研究

电容传感器具有非侵入式、低成本、结构简单等特点,被广泛应用于液体管内含气率的测量。基于电容传感器,设计了含气率测量系统,对外径25mm、内径21mm液体管内含气率进行测量。为了验证含气率测量系统的准确性,搭建了可视化验证平台。对管内气液两相进行图像采集,对管道截面处的含气率进行计算;分析了视窗左右截面的含气率偏差,研究了采集位置偏差对验证方法有效性的影响。研究表明:通过传感器系统测量的含气率与图像处理得到的含气率吻合;视窗左右截面的平均含气率的偏差不超过3.097%。本研究设计的含气率测量系统的准确性较好,所提出的可视化验证方法能够有效地对含气率测量系统的准确性进行验证。

基于差热式原理的液体微/纳流量计设计与开发

基于MEMS技术的差热式超微小液体流量传感器具有测试流量极低、体积小、精度高、可实时监测等特点,近年来在现代精密分析科学仪器和微流控技术等领域获得广泛应用。本工作基于差热式液体流量传感器成功设计了满足μL/min~nL/min级液体流量准确测量的5款微纳流量计,输出流量数据稳定且准确性高,精度均小于0.5%。另外,开发了配套流量监控软件,可以实时采集流量数据,记录保存,实现平均流量、流量脉动率等定量计算功能。

用于探测液态金属-气体的DLC涂层式丝网探针数值模拟与结构优化

液态金属-气体两相流是铅冷快堆在蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故下的物理现象之一,考虑到液态金属的不透明性、腐蚀性及高温性,本文提出一种类金刚石(DLC)涂层式丝网探针(WMS)对液态金属-气体两相流相态分布进行探测。基于COMSOL软件,建立了涂层式WMS的数值模型并进行了实验验证,通过电场模拟阐明了该新型探针应用于含液态金属气液两相流的可行性。进一步地,通过改变丝网电极的间距与直径、涂层的厚度,研究了结构参数对涂层式WMS测量精度的影响。结果表明,电极丝横向间距为2~3 mm、垂直间距为1.5~2 mm时,WMS测量精度较高,而涂层厚度和电极丝直径的影响较小。本研究可指导DLC涂层式WMS在液态金属-气体两相环境中的实际应用,并为分析SGTR事故后的多相分布提供技术基础。

电导探针向量信号处理的泡状流参数分析

泡状流广泛存在于化工、石油、电力等工业场合,对其主要参数的测量不仅是工程设计的必须参考,也是进一步开发两相流理论模型的依据。文章提出并制作了小型四电极电导探针测量空气-水盖泡状流,可以获得局部含气率、界面面积浓度和气泡弦长,且通过已知或合理假设的界面运动方向可获得界面的指向和速度,并通过实验对比四电极电导探针和可视化两种测量方法。结果表明:两种方法具有良好的一致性,四电极电导探针简单、高效,可以准确地测量泡状流中相界面指向等参数,还能有效地解决多维两相流参数测量问题。

基于Choi-Williams分析与神经网络的两相流流型识别

提出一种基于Choi-Williams分析和神经网络的流型识别方法。使用阵列电导传感器获取垂直上升管道气液两相流流型信息,并将多元测量数据进行去噪和降维处理,进一步采用Choi-Williams分析将其转换为时频谱图,并构建数据集。分别搭建CNN、VGG-16和ResNet-18网络模型,将不同流型的时频谱图作为网络输入进行训练、测试。识别结果表明,Choi-Williams分析可以有效提取不同流型信号的特征,3种网络均具有较高的识别精度,其中ResNet-18网络准确率最高,平均流型识别率达99.4%。

复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术

为准确、便捷地在复合材料制件的实际生产中监测漏气、树脂液体流动及干斑缺陷,建立了基于介电传感器的复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术。将两张相同大小、相互平行的柔性金属箔及金属箔间的纤维复合材料组成平行板式电容传感器,根据树脂流动过程中传感器内部电介质的状态变化与金属箔间的厚度变化实现监测功能。通过人为制造不同程度的漏气情况,验证了传感器监测纤维承压情况与漏气的准确性;通过在纤维预成型体内不同位置设置电容传感器,利用真空辅助树脂灌注工艺使树脂在纤维预成型体内流动,其实际观测结果与传感器监测信号分析结果一致,证明了传感器具有监测树脂流动前沿与树脂流动速率的能力;在纤维布表面利用凡士林与纤维铺层固定剂制造干斑缺陷,基于树脂流动监测功能,验证了传感器识别干斑缺陷的可靠性。该技术为复合材料制件在实际生产中出现的漏气情况、树脂流动情况及成型缺陷等提供了有效在线监测手段。

气体对磁流体动力学传感器影响机理的探讨

由于气体和导电流体性质上的差异,导电流体中气体的存在将对磁流体动力学(MHD)传感器的输出特性产生影响。基于电磁感应理论和两相流理论,文章推导并建立了导电流体中含气体的MHD传感器VOF模型。通过ANSYS Fluent对含气体的MHD传感器输出特性进行仿真分析,同时搭建试验平台对不同气体含量MHD传感器进行试验验证。结果表明,导电流体中的气泡在低频时容易被拉伸撕裂成小气泡并随着角振动分散,同时使得流体环流场和电场产生偏移和畸变,角振动频率越低,此现象越明显;当导电流体中不含气体时角振动频率和幅值、重力加速度及偏心等外部因素对MHD传感器的输出特性无影响;当导电流体中含有气体时,MHD传感器的输出特性畸变等随气体含量、重力加速度和偏心的增大而增大,随角振动频率和幅值的增大而减小。文章研究成果能够为MHD传感器导电流体灌装工艺控制提供指导,有助于MHD传感器精度和稳定性的提升。

基于热敏电阻的热式液体流量传感器

根据热消散效应原理，设计了一种基于热敏电阻的热式液体流量传感器。介绍了传感器设计模型及工作原理。通过流体力学软件FLUENT对传感器进行了液体温度场仿真分析，验证了传感器设计的可行性。通过实验与分析，求出了液体流量变化与所设计传感器对应的电压变化函数关系。进行了0～100L／h流量范围液体流量测量，提出了传感器研究与改进的方法。

应用双头电导探针技术测量气液两相泡状流局部参数

本文研究应用双头电导探针技术测量气泡局部参数，从而揭示了气液两相泡状流的内部流动规律。成功地设计了一种能够快速可靠测量气泡局部统计参数，包括空隙率、气泡速度、气泡尺寸、界面浓度等的电导探针系统。发现探针尖部的导通距离、沿流动方向两探针间的距离和两个探针针尖的间隙是设计电导探针的关键尺寸。

两相流测量中环形电导传感器特性研究

环形电导传感器在两相流参数测量中具有广泛的应用价值,研究两相流场中环形电导传感器的敏感场分布和响应特性,对于明确传感器感应机制、提高参数测量的精度具有重要的意义。针对气液两相流相含率的测量问题,应用有限元数值分析方法确定了环形电导传感器结构;通过物理模拟静态标定实验,验证了典型两相流动状态下液相含率的无量纲电压值表示形式与理论推导一致;并通过实际流动状态下实验测试,得出传感器测量的相含率无量纲电压值与入口处液相含量测量值基本一致,相对误差±10%。

一种新型FBG热式液体流量传感器

光纤布拉格光栅热式流量传感器目前只适用于气体流量,为扩大其应用领域,设计了一种可用于液体流量测量的新型光纤布拉格光栅热式流量传感器。该光纤布拉格光栅热式流量传感器使用陶瓷加热片以恒定功率提供热量,不同流量的液体经过传感器时带走的热量不同,通过检测光纤布拉格光栅中心波长的变化就可以测得传感器的温度变化,进而推导出液体流量大小。通过温度传感测试实验和流量传感测试实验,验证了所设计的传感器可用于液体流量测量。实验结果表明,该传感器的流量测量范围为40.575~550.664 L/h。

基于图像识别的喷嘴流量试验台油位检测系统

考虑到使用静态容积法的喷嘴流量试验台采用的磁致伸缩液位传感器在常温下具有较高的温度,但是温度高于常温时,会产生极大温度漂移无法保证试验系统的测量精度,本文将图像识别应用于喷嘴流量测量系统中,对从喷嘴排出滑油体积进行自动识别,忽略掉温度变化、传感器精度等对测量精度的影响。通过图像滤波、分割、刻度数字识别、刻度线识别以及油位识别实现对油位的自动测量。通过实验方法与人工读数、磁致伸缩液位传感器读数以及温度补偿后的传感器读数进行对比。结果表明,使用图像识别技术的流量试验台的试验结果与真实值最为接近,能够有效提高检测的精度和效率,降低试验台成本和测试人员的工作量,其试验结果最为可靠。

参数自调整非接触式微量试剂分配系统

研制了一款具有控制参数自调整功能的非接触式微量试剂分配系统,该系统采用精密微电磁阀控制预压液体的流动来实现试剂的分配操作。独特的试剂分配管路设计使电磁阀不易堵塞;非接触式的分配方式减少了试剂污染,分配速度更快,更易清洗。研制了一款MEMS压差式微流量传感器并集成于系统中用于采集试剂分配过程中的流量信息,实现了试剂特性和体积变化时控制参数的自动调整,提高了分配精度和灵活性。针对不同粘性试剂进行分配精度的测试,结果表明,该系统最小可分配50 nl体积试剂,分配精度达8%。在分配试剂体积>1μl时,重复精度<3%。该试剂分配系统可在高通量试剂操作过程中,针对多种不同特性试剂进行快速、灵活、微量、精确的试剂分配操作。

基于复合智能控制的非接触式液体定量分配系统

为解决生物、化学、医药等领域通量化试验操作中不同种类、体积液体试剂频繁操作过程中精度、灵活性降低等问题,满足微量、精确、快速灵活的试剂定量分配要求,研制集成MEMS微流量传感器的具有分配液体体积自适应调整功能的通量化液体非接触式分配系统。介绍系统的组成原理,提出基于复合智能模糊控制的分配体积闭环控制方法,减小系统延迟、流速波动和剩余试剂体积动态变化等因素对分配精度的影响,实现通量化试剂分配过程中控制参数的自校准和分配体积的精确控制;针对具有不同粘度、期望体积的液体试剂进行分配试验,验证复合智能模糊控制方法的优越性。结果表明采用该控制方法后该系统分配1μL以上体积试剂时重复精度(用变异系数表示)小于3%;当分配体积100nL时,分配重复精度小于4%,具有较好的分配重复精度。

气液两相流电容传感器相浓度测量特性

为了考察两种电容传感器(对壁式及双螺旋式)测量气液两相流相浓度的适应性,搭建了垂直上升气液两相流电容传感器测量系统。实验表明对壁式电容传感器测量分辨率较差,而双螺旋式电容传感器对相浓度具有较高的分辨能力。采用时频分析方法对电容传感器波动信号进行了分析,发现两种电容传感器的时频联合表达均能清晰地表征流型运动特征,并可对流型进行有效辨识。最后,基于双螺旋式电容传感器测量信号,建立了气液两相流漂移模型,取得了对段塞流和混状流分相表观流速较好的预测结果。研究表明,双螺旋式电容传感器在气液两相流流动参数测量上具有较好的应用前景。

基于二极管的热式流量传感器的设计与实现

设计并实现了一种基于二极管的热式流量传感器.传感器由两个感温二极管和一个加热电阻构成,其中一个二极管作为测温元件感测流体温度,另一个二极管和电阻封装到一起感测流体流速.使用Multisim软件对包含传感器的桥式电路进行了仿真,分析了输出信号与两个二极管温差的关系.并设计了以单片机为核心的信号测量处理电路,给出了流量为10~100 L/h的测量结果.

加热上升管内相及相界面密度径向分布特性实验研究

运用双探头光学探针在加热上升管内对蒸汽 -水两相流空泡率和相界面密度径向分布特性进行了测量与研究。根据实验结果 ,研究了受热工况下相及相界面密度径向分布的基本规律。实验表明 :加热上升管内汽液两相流空泡率在径向上的分布不均匀 ,工况不同 ,整个直径上空泡率分布可能是近U形、鞍形或中心区高于近壁区的近弧形 ;界面密度在整个直径上呈近似的U形分布。