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。

浓度对光脉动法气固两相流颗粒粒径测量的影响

针对工业应用中气固两相流浓度对光脉动(LTF)颗粒粒径测量方法的影响问题,通过对比浓度基本不变及浓度时刻变化的光脉动频谱特征,分析确定因浓度变化造成影响的阈值频率,由此提出高通滤波光脉动法颗粒粒径优化算法,并将该算法用于浓度时刻变化的光脉动法数据处理中。研究结果表明:优化算法结果与激光粒度仪离线测量结果相对偏差改进到12%内,且标准差降低为11.3μm,由此验证了该算法可有效减小浓度对光脉动法测量结果的影响,提高测量结果的准确性和稳定性。

颗粒两相流超声过程层析成像系统研究(英文)

本文主要介绍了一种基于透射模式的超声波层析成像系统的设计与研究.针对Radon变换与Radon反变换对获得精确重建图像所提出的无限多的投影数据要求,系统在以下几个方面做了改进:系统换能器阵列由16个换能器组成,每个换能器均可以作为发射端和接收端,可发射的扇形波束角度为150°;基于LabVIEW软件和2块高速同步数据采集卡,设计了16通道的数据同步采集和信号处理装置;利用单片机89S52设计了切换电路,可以实现16换能器的激励和接收功能的自动切换.经实验验证,系统结构简单,实时性好,获得了足够多有效的信号数据,通过二值化逻辑反投影图像重建算法实现了研究物体横断面的图像重建.

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。

高浓度纳米颗粒悬浮液粒径的超声在线测量方法研究

为研究高浓度纳米颗粒悬浮液的粒径分布表征,引入超声谱高浓度颗粒粒径测量理论(核壳模型),同时搭建了一套超声法高浓度悬浮液粒径测量实验装置,并进行理论模型的实验验证,测得体积浓度为10%至30%的纳米铟锡金属氧化物(Indium Tin Oxides,ITO)水性悬浮液的超声衰减,通过数据反演技术最终获取样品的颗粒粒径分布。结果表明:高浓度纳米颗粒悬浮液中声衰减系数随浓度增加但偏离线性递增趋势,与核壳模型数值模拟更接近。同时,粒径反演的结果与高速离心沉降法也较为吻合。

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。

超声法纳米颗粒悬浮液粒径测量中温度影响的实验研究

针对医药、化工领域高浓度纳米悬浮液颗粒粒径超声检测中温度影响,采用超声衰减谱法(UAS)对体积浓度30%的纳米铟锡金属氧化物(ITO)水性悬浮液在循环流速800 r/min,温度298～358 K时颗粒粒径分布进行实验。结果表明:温度升高,超声幅值A减小,超声衰减系数增大,颗粒中位径D50增大,颗粒系分布曲线整体朝大颗粒方向偏移,但是分布宽度保持稳定的趋势。同时,将室温(298K)测量结果与CPS离心沉降颗粒测量仪对比,结果较吻合。通过线性回归的方法修正温度对测量结果的影响,超声衰减法能够应用于358K的高温下高浓度纳米颗粒检测。

结合火焰辐射与互相关法的燃烧颗粒速度测量方法研究

针对高温燃烧颗粒运动速度在线测量难题,提出了结合火焰辐射与互相关法的燃烧颗粒速度测量方法,并设计了相应的测量装置对平面火焰炉实验系统中燃烧煤粉颗粒速度进行了测量,布置了上下游2个相距6mm的火焰辐射光强测点,通过对该2测点辐射光强进行互相关分析计算得到燃烧颗粒运动速度,实验获得了变工况下燃烧颗粒运动速度的变化情况,同时将其与数值模拟结果对比,相对偏差不超过10%,验证了该方法可为诸如锅炉煤粉燃烧、固体火箭发动机推进剂燃烧等恶劣环境下燃烧颗粒速度测量提供一种简单、有效的测量方法。

基于超声衰减谱和相速度的颗粒粒径测量

超声波在颗粒两相体系中传播,包含了大量颗粒粒径信息,结合理论模型,通过提取超声波有效衰减谱和相速度谱分析了颗粒的粒径分布。实验中,对体积分数为10%的3种不同粒径分布的聚苯乙烯-水悬浊液,通过双样法和插入取代法(单样法)分别获得宽带超声波衰减谱与相速度谱,以ECAH模型为理论基础,并分别用Twomey、ORT和Davidon-Fletcher-Powell优化算法,反演出悬浊液颗粒粒径分布。测量结果与显微镜图像法结果进行对比,中位径误差小于15%,表明了利用超声波衰减谱法(UASA)和相速度谱法(UPVSA)测量悬浊液颗粒粒径分布的可行性与可靠性。

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.

燃烧与流场在线测量诊断方法研究进展

介绍了上海理工大学颗粒与两相流测量研究所近年来在燃烧和流场在线测量诊断技术方面的研究进展,包括:改进基于光纤光谱仪的火焰辐射温度测量技术,提高火焰温度的测量精度与范围并反演出火焰辐射率及液体燃料组分;辐射与吸收光谱相结合测量脉冲燃烧火焰温度和水蒸气浓度;基于激光诱导荧光法测量喷雾液滴温度;强烟尘水滴干扰条件下基于差分吸收光谱法(DOAS)测量排放污染气体(SO2和NOx)浓度;基于饱和蒸汽原理的光谱法研制汞连续排放监测标准系统;光谱法与图像法结合测量高温物体温度场;基于单帧单曝光图像法测量多相流速度场与粒度分布;基于可调谐半导体激光吸收光谱法(TDLAS)同步测量液态纯水水膜蒸发过程中液态参数(水膜厚度及温度)与气态参数(水膜上方水蒸气的温度)等。

结合吸收光谱与互相关法的燃气速度测量方法研究

针对可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)基于多普勒效应测速方法在燃气流速测量中频移量小、误差较大的问题,提出了结合固定波长吸收光谱法与互相关法的燃气速度测量方法。考虑碳氢燃料燃烧产物特点,选取H2O分子7 185.597cm^(-1)吸收谱线,通过布置上下游两束固定波长吸收光谱测点,分析两信号的互相关特性来计算得到燃气速度。利用平面火焰炉实验系统对该方法测量燃气速度开展实验研究,获得了变工况下燃气速度随时间的变化情况。在相同工况下开展数值计算,将测量结果与数值模拟计算结果进行对比,相对偏差不超过8%。同时将该方法初步应用于煤油燃料火箭基组合循环发动机(RBCC)的高速羽流速度测量,获得了上下游探测器脉动信号,通过互相关分析计算得到了羽流速度,验证了该方法的可行性。实验结果表明,该燃气速度测量方法具有测量范围宽、测量精度高,环境干扰小等优点。提出的方法为发动机燃气速度测量提供一种简单可靠的测量方法。

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.

基于颗粒离焦模糊影像梯度算法的颗粒粒径测量方法

颗粒存在于诸多领域中,对它们表征的测量和监测有着重要意义。数字影像测量技术是一种直观、非接触的测量方法,随着技术的发展得到了广泛的应用。然而在光学成像系统中,景深是有限的,如能对离焦模糊影像进行处理,就可以获得更大的测量区域。分别从仿真和实验两方面研究了球形颗粒离焦模糊影像的性质,证明了在一定离焦量范围,可以从模糊影像过渡区域中直径方向上两个最大梯度值得到颗粒的粒径。

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。

强烟尘水滴干扰下DOAS法在线测量NO质量浓度的研究

在高浓度烟尘、水汽液滴和NO共存的工况下,采用差分吸收光谱法研究和分析了不同质量浓度NO的吸收光谱特性,提出了一种基于差分吸收光谱法的NO质量浓度反演算法;同时,利用信噪比对小波分解时小波母函数的选取进行了比较.结果表明:在对NO吸收光谱进行小波分解后,即使在干扰颗粒质量浓度较大时,某些特征波长点处的小波系数高频细节分量与未受干扰的NO吸收光谱的小波系数高频细节分量有较好的重合;通过对小波分解时小波母函数选取的比较,可以获得适用于此反演算法的最优小波母函数sym10,它可以有效消除烟尘、水汽液滴的干扰影响,而且测量误差在允许范围内,能够满足烟尘排放监测要求.