超声波多次回波反射法测量两相流密度实验研究

本文利用超声波在一侧壁面内的多次反射确定两相流的声阻抗值,从一侧壁面通过两相流到另一侧壁面再反射回来的二次回波时差确定两相流中声速,对这两个数据采用超声多次回波测量理论进行处理,可以得到两相流密度和浓度。不同浓度下的水煤浆实验结果表明,该方法测量得到的结果与理论值较为吻合。并且超声波多次回波反射法的测量装置具有结构简单,非侵入式测量,实时处理数据以及不受超声发射功率影响等优势,适合高浓度两相流密度和浓度的在线测量。

超细颗粒悬浊液超声衰减谱与声速谱测量研究

将短时傅里叶变换应用于超细颗粒两相介质中超声脉冲信号处理和时频谱联合分析,采用变声程方式,提出了一种对超细颗粒两相介质声衰减谱与声速谱同时测量的方法,并对平均粒径281nm的ZnO-H2O悬浊液超声衰减谱与声速谱进行实验研究。

纳米ATO颗粒粒度分布的脉冲超声波测量研究

讨论了脉冲超声波测量纳米ATO颗粒粒度分布方法中的3个步骤,即超声波衰减谱测量、严格数学模型的选型以及颗粒粒度分布的反演计算。通过发射脉冲超声波并利用变声程方法测量25℃时2%(体积分数)的纳米ATO-H2O分散液的超声衰减谱;选取McClements理论模型叠加BLBL理论模型共同描述纳米ATO颗粒分散液中的超声衰减现象;采用最优正则优化反演算法反演得到纳米ATO颗粒的粒度分布以及平均粒径。脉冲超声法检测结果显示,纳米ATO颗粒的平均粒径为25.6nm,粒度分布为11.4～47.1nm,CPS离心沉降纳米粒度分析仪测定结果分别为22.1nm和10.1～62.6nm。脉冲超声法检测结果与透射电镜图像以及离心沉降纳米粒度分析仪检测结果吻合较好,证明了脉冲超声波测量纳米颗粒粒度分布以及平均粒径的可行性与可靠性。

沙尘暴(气体-颗粒)两相流数值模拟-Ⅱ个例分析

利用文献[1]中建立的沙尘暴数值模式,进一步模拟分析了不同沙尘源对我国城市沙尘暴爆发的影响作用。并对 粒子热漂移作用作不同的时间和空间对比分析,得出规律分布曲线。计算结果与我国今年3月18日至21日发生的强沙 尘暴的实况资料进行了比较,证明该模型具有很好的模拟性,模拟结果基本反映了颗粒的分布规律。

锰矿矿浆颗粒粒度的超声测量方法研究

为了检测锰矿矿浆中反映矿粉特性的颗粒粒度参数，通过声学理论模型的推导和数值计算，分析颗粒粒径与超声衰减谱的关系和敏感度，实验测量体积分数达45％的高浓度锰矿矿浆在频率为3-6MHz之间的超声衰减谱，基于预测模型，结合正则化反演算法，由实验数据计算出矿浆中颗粒粒度分布。结果表明：矿浆中矿粉颗粒的粒径分布曲线均呈现单峰分布。该结果与稀释样品的激光散射法和显微镜图像法测量结果较为吻合。

浓度对超声检测颗粒两相流的影响

讨论了颗粒两相流检测中常用的超声单散射模型和复散射模型 ,研究了浓度对超声检测颗粒两相流的影响。通过实验测得了超声在体积浓度为１ %～１０ %的ＴｉＯ２-水悬浊液中传播时的衰减系数。结果表明 ,悬浊液中的超声衰减系数随着浓度和频率的升高而增大。实验的结果和使用的超声散射模型的理论值在低浓度时吻合较好 ,而在高浓度时有所偏离。文中对这种偏差的原因进行了讨论。

基于图像光散射颗粒粒度测量方法研究

研究了基于图像的光散射颗粒粒度测量系统。结合图像处理技术,提出一种最小二乘原理圆拟合光环定中方法,设计CCD探测器光环尺寸与颗粒粒级划分数目。搭建了颗粒光散射图像测量硬件系统,利用非独立模式差分进化算法反演出颗粒粒度。通过8种聚苯乙烯乳胶球标准颗粒实验对测量系统准确性进行验证,测量误差在3%之内;对2种不同体积分数的大豆蛋白乳液进行了测量,与图像粒度仪对比偏差在5%之内。实验结果表明:采用最小二乘原理圆拟合方法定中提取到的散射光能与理论分布更加吻合,35环的光环划分方式有利于获得相对良态特性的光能系数矩阵,该测量方法为颗粒粒度测量提供了一种光散射法有效改进方式。

一种纳米颗粒粒度分布的非接触测量方法

研究了基于高频宽带超声衰减谱非接触式方法测量纳米颗粒悬浊液中颗粒相粒度分布问题.通过理论分析和数值计算,选择ECAH模型作为反演计算的理论模型.以1%()的纳米银水悬浊液作为实验样品,采用标称中心频率为50MHz的超声换能器和变声程脉冲回波法进行了非接触测量,获得了可利用的高频宽带(10～50MHz)超声衰减谱,结合理论模型和最优正则化算法反演出纳米颗粒的粒度分布.实验结果与透射电子显微镜法和高速离心沉降法的测定结果吻合较好,表明该方法可测量悬浊液中纳米颗粒粒度分布.

光谱消光法测量高压湿蒸汽的研究

在前人工作的基础上发展了光谱消光法在线测量技术,并将其应用于高压湿蒸汽两相流湿度和水滴尺寸分布的测量.在数据处理上,提出了改进的optimized regularization反演算法,该算法比以往的Phillip-Twomey-NNLS算法有更大的抗噪性、准确性和稳定性.还进行了标准颗粒测量实验和高压湿蒸汽在线测量实验.结果表明:通过增大测量区与接收光纤间距和减小接收光纤面积,可大大降低颗粒前向散射光(包括低浓度时的不相关单散射光和高浓度时的复散射光)对消光光谱的影响,从而保证了在高浓度情况下湿蒸汽测量的准确性.湿蒸汽实验结果表明:在高压状态下湿蒸汽中的水滴尺寸比低压汽轮机内湿蒸汽中的水滴小,并且分布也较窄,这也是核电高压汽轮机水蚀较少的原因之一.

颗粒层状结构对散射特性及激光粒度测量的影响

根据Aden-Kerker理论,对双层颗粒前向散射特性进行了研究。在此基础上,分别用衍射理论、Mie理论和Aden-Kerker理论计算了散射系数矩阵并采用非独立模式算法进行反演。数值计算结果表明,双层颗粒的散射光强由颗粒折射率和内外径决定,在实际的激光前向散射粒度测量中,如果沿用Fraunhofer衍射理论或Mie理论计算系数矩阵,在测量双层颗粒时,反演结果会有一定的误差。相比于Mie理论,衍射理论的反演误差更大。

玻璃微珠颗粒系中超声散射的数值和实验研究

利用超声在球形颗粒中的单散射理论模型，分析了散射系数计算收敛问题，玻璃微珠颗粒的散射声压分布和消声系数随物性参数和颗粒尺寸参数的变化关系，进而研究了不同粒度分布颗粒群中声衰减谱的特性。由变声程脉冲回波法测量了3种不同粒度分布玻璃微珠声散射衰减谱，与理论计算进行了对比，二者较好地吻合。结果表明，具有合适物性参数的弹性颗粒声散射模型可用于声散射衰减谱准确预测，采用宽频超声衰减谱有利于对颗粒系进行粒度分布分析。

消光法粒度测量中折射率反演问题研究

利用多波长消光法,在已知粒度分布前提下,采用遗传算法对折射率进行了反演。相比于传统的优化方法通常获得的局部最优解,该算法获得的折射率结果逼近全局最优解。反演采用的波长数目和颗粒单分散性的优劣影响解的可靠性。尽量多地获得透射谱信息以及增大颗粒系的分散性可以是测量结果更准确。由于亚微米和纳米级颗粒的消光系数-折射率曲线的单值性关系比微米级颗粒更为明显,导致其目标函数的多峰分布程度得以降低,使反演的抗噪能力增强,折射率更易于获得。

单帧图像二次水滴粒径、速度和流动角度测量方法研究

为了研究汽轮机内湿蒸汽两相流中二次水滴的特性,本文研究了用图像法测量二次水滴的可行性,在水滴喷雾实验台上进行实验,对单帧图像进行处理,得到了运动水滴粒径、速度和流动方向角。实验分析结果表明,该方法可以测量汽轮机内二次水滴这些参数。

水喷雾静电感应技术实验研究

建立了一个测量喷雾感应静电荷的实验系统,并对影响水雾静电感应的3个因素:水雾喷射速度、外加电场强度和水导电率,定量进行了实验分析.实验结果表明,以上3个因素对水喷雾感应静电感应过程有很重要的影响作用.与经典理论及前人的工作相比,本实验结果正确,本文建立的实验系统能够正确模拟水喷雾静电感应过程.

消光法粒度测量中折射率反演问题研究

利用多波长消光法,在已知粒度分布前提下,采用遗传算法对折射率进行了反演.相比于传统的优化方法通常获得的局部最优解,该算法获得的折射率结果逼近全局最优解.反演采用的波长数目和颗粒单分散性的优劣影响解的可靠性.尽量多地获得透射谱信息以及增大颗粒系的分散性可以是测量结果更准确.由于亚微米和纳米级颗粒的消光系数-折射率曲线的单值性关系比微米级颗粒更为明显,导致其目标函数的多峰分布程度得以降低,使反演的抗噪能力增强,折射率更易于获得.

超声波多次回波反射法测量乙醇溶液密度研究

通过测量超声波在不锈钢壁内多次反射回波信号来确定乙醇溶液的声阻抗值,测量从反射板壁面反射回来的二次回波时差来确定溶液中的声速。测得的回波信号经快速傅里叶变换(FFT)处理,得到某一特定频率下的振幅值,将这一系列振幅值在对数坐标下作数据拟合,由拟合斜率值并结合多次反射理论求得溶液的密度。运用该方法对不同浓度的乙醇溶液进行了实验研究,结果与理论配比值较为吻合。超声波多次回波反射法具有测量装置简单、非侵入式测量、可实时处理数据等优点,可用于需作在线测量的各种工业过程。

高浓度超细颗粒系后向散射研究

为了研究高浓度状态下颗粒系后向散射规律 ,基于Beer-Lambert定律、Mie散射理论及复散射的相关理论建立了消光 -散射衰减模型 ,并针对具体算例进行了数值计算 ,给出计算结果。

超声波峰谷拟合方法及平面叶栅通道二维流速测量

为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息,研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法,应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置,在0~40 m/s流速范围内采集一维流动超声信号,使用峰谷拟合法获得流速,其与毕托管流速测量结果的最大相对误差较波峰拟合法减小了0.72%。提出了以对角换能器时差计算二维流速的方法,开展了平面叶栅流道内二维流速测量实验。在多工况下测量的流速与三孔探针的实验结果相对误差均小于3.16%,较好地反映不同进口流速条件下由流道截面变化和叶片弯曲引起的测点处流速大小和方向变化趋势。

基于超声衰减谱的脂肪乳粒度分布测量方法

研究了超声衰减法测量高浓度多分散脂肪乳浊液的粒径分布问题.在理论分析的基础上,实验测量了多个浓度(1%～20%)下脂肪乳试样在2～13MHz频带下的超声衰减谱,结合反演算法,由实验数据计算出乳浊液颗粒的粒径及其分布.将用超声衰减法对脂肪乳试样在原始浓度(20%)下测得的粒径分布与用消光法超细颗粒粒径分析仪在稀释条件下对试样的测量结果作对比,粒径均小于1μm时,二者比较吻合.超声法测得的浓度与给定值误差约3%,反演谱误差率小于10%,表明此法可在无需稀释的高浓度条件下准确测得乳浊液的粒径分布和浓度.

高频宽带超声衰减谱表征纳米颗粒粒度的方法

为研究纳米颗粒粒度的表征,在'长波长'条件下,通过提高超声波频率、增加频带宽度以及提高纳米颗粒悬浊液中超声波检测的稳定性等技术手段,实现了纳米级颗粒粒度分布的准确测量。实验中,采用中心频率50MHz宽频超声换能器,通过缓冲块内一次回波校验和变声程方法,以体积分数0.5%的纳米银-水悬浊液为验证性测量对象,获得了频率为25～62MHz的宽带声衰减谱。粒度反演过程中,采用McClements&BLBL理论模型结合最优正则化算法,将实测声衰减谱进行反演计算获得了纳米银颗粒的粒度分布,并证实了在50MHz频率下的理论测量下限可以达到5nm。与CPS离心沉降纳米颗粒测量仪、TEM图像等结果相比较,表明超声衰减谱法测量纳米颗粒的结果是可信的。