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应用截面检测技术和V型内锥式流量计的两相流测量

作　者: 张福生
导　师: 董峰
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 两相流 传感器融合 截面信息测量 V型内锥 流型识别
分类号: O359
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


在自然界和生产过程当中广泛存在着两相流动现象,气液两相流是其中的重要组成部分,在生产生活中有着十分重要的作用。两相流各相之间存在界面效应和相对速度,流动特性复杂多变,对其参数的测量一直是国内外科研工作者研究的重点和难点。课题研究采用截面信息检测系统、V型内锥式流量计、压力传感器以及温度传感器构建了一个多传感器融合系统,把传感器融合技术应用到了多相流测量领域。多传感器融合技术在军事以及机器人领域应经有了相当的应用,但是在多相流领域的应用尚属于起步阶段。多传感器融合技术的应用可以实现时间上和空间上多角度观测对象,提供反映对象特征的多维数据,从而获得更高的测量精度。基于电阻信息测量的截面信息检测技术通过测得敏感场内电导率的变化,获得流体信息,具有无扰、无辐射等特点。V型内锥式流量计作为一种新型的差压式流量计有着量程比宽、线性度好、压损小等诸多优点,越来越受到人们的关注。课题中主要完成了以下工作:1.利用截面信息测量技术和V型内锥式流量计等传感器构成的多传感器融合系统在天津大学电气工程与自动化学院的油/气/水三相流实验装置上进行了水平管气液两相流实验。2.利用截面测量数据,应用D-S证据理论对气液两相流的流行进行了识别。根据截面测量数据的特点,对测得的边界电压信号进行预处理,从幅值域内提取边界电压的均值、标准差和偏斜度作为特征信息。特征信息通过相应的规则分别对流型进行判断形成证据,再根据D-S证据理论的组合规则对流型进行最终的判断。这种基于融合算法的流行识别方法流型总识别率为90%。3.由于在不同流型下,对于V内锥,不同的测量模型所取得结果精度差异较大。在正确识别流型的基础上,进行了测量模型误差比较,在各个流型下应用误差最小的V锥测量模型进行了流量计算,实验误差小于10%。4.在塞状流测量当中,提出了把截面信息测量数据与V内锥测量数据进行时间融合,通过分辨截面信息测量数据对V锥测量信号进行分类,分别带入不同的测量模型进行计算,最后得到总质量流量,平均误差为4%,优于直接应用测量模型所得的结果。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 两相流及其研究现状  8-9
  1.2 多传感器融合技术的产生及现状  9-10
  1.3 截面信息检测技术  10-11
  1.4 差压式流量计  11-12
  1.5 课题的主要研究问题  12
  1.6 论文的组织安排  12-14
第二章 多传感器融合系统的构成  14-22
  2.1 多传感器系统的空间结构  14-15
  2.2 系统测量框架  15
  2.3 截面信息检测系统的原理和构成  15-18
    2.3.1 电阻式截面信息检测系统的原理  15-16
    2.3.2 截面系统的硬件结构  16-18
  2.4 V 内锥的结构及特性  18-19
  2.5 水平管气液两相流实验装置  19-22
第三章 基于 D-S 证据理论的流型识别方法  22-34
  3.1 流型及其识别方法  22-23
  3.2 水平管气液两相流介绍  23-24
  3.3 截面测量信息的特征提取  24-27
    3.3.1 边界电压预处理  24-26
    3.3.2 边界电压特征提取  26-27
  3.4 D-S 证据理论  27-30
    3.4.1 证据理论基础  28-29
    3.4.2 证据组合规则  29-30
  3.5 基于 D-S 证据理论的流型识别方法  30-32
    3.5.1 基本概率分配函数的获取  30-31
    3.5.2 流型判别过程  31-32
  3.6 实验结果及分析  32
  3.7 小结  32-34
第四章 基于流型识别的流量测量  34-42
  4.1 节流装置测量模型  34-37
  4.2 V 内锥流出系数  37-38
  4.3 气体可膨胀系数  38-39
  4.4 实验条件下测量模型误差比较  39-41
  4.5 小结  41-42
第五章 基于时间融合的塞状流流量测量  42-51
  5.1 基本原理  42-43
  5.2 截面测量信息与V 内锥测量数据的时间融合方法  43-47
    5.2.1 相关技术原理  43-44
    5.2.2 时间融合方法  44-47
  5.3 基于时间融合的流量测量  47-49
    5.3.1 V 内锥差压信号的时序分类  47-48
    5.3.2 等效干度计算  48
    5.3.3 质量流量计算  48-49
  5.4 实验结果分析  49-50
  5.5 小结  50-51
第六章 总结与展望  51-53
参考文献  53-57
发表论文与科研情况说明  57-59
致谢  59

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学 > 多相流
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