用于水平环状流液膜测量的电导探针传感器研究

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1、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目批准号：61627803用于水平环状流液膜测量的电导探针传感器研究Sensorofconductanceprobeforliquidfilmmeasurementinhorizontalannularflow学科专业：控制科学与工程研究生：陈超指导教师：王超教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

2、为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要气液两相环状流广泛存在

3、于化工、石油和核能等工业领域，液膜特征与演化对很多工业过程的安全有效运行至关重要。因此，液膜参数的准确测量是进行相关研究的重要基础。本文基于电导测量原理，针对不同测量需求，设计了两种传感器，实现了水平管内气液两相环状流液膜厚度及波动速度的测量。主要工作如下：1、设计了插入深度可调的探针传感器，提出了占空比加权平均算法，实现了液膜厚度的在线直接测量。对该方法的误差进行了理论分析，给出了插入深度增量与占空比统计时间的选择方法。通过计算分析，当插入深度增量为10μm，占空比统计时间为5s时，本文实验条件下的测量误差小

4、于等于2%。在天津大学湿气装置上通过实验验证了该方法的可行性，实现了局部液膜平均厚度的在线实流直接测量。相比于间接法，本文提出的方法具有无需标定、测量结果不随电导率变化等优点。2、设计了双平行电导探针阵列，针对探针间的信号耦合问题，通过仿真分析，确定了周向探针分时与轴向探针同时相结合的工作方式。结合相关测速方法，实现了周向液膜厚度分布以及周向波动速度分布的测量。实验结果表明：液膜厚度随着角度的增大而减小，周向波动速度随着角度的增大而基本不变。3、利用电导探针阵列测得的水平管内气液两相流底部液膜厚度数据作进一步分

5、析，观察到了界面波从波纹到扰动波的演化过程。结合相关测速方法，对环状流底部的不同高度区间的波动速度分别进行测量。实验结果表明：气液两相环状流中上区间的波动速度较快，下区间的波动速度较慢。关键词：气液环状流，电导法，液膜厚度，周向速度，周向厚度IABSTRACTGas-liquidtwo-phaseannularflowiswidelyexistedinindustrialfieldsuchaschemicalengineering,petroleum,nuclearreactorsandsoon.Thechar

6、acteristicparametersandevolutionofliquidfilmaregreatimportantforthesafetyandefficiencyoftheindustrialprocess.Therefore,theaccuratemeasurementofliquidfilmthicknessisfundamentalforinvestigatingthesecharacteristics.Inthispaper,twotypeofsensorsbasedontheconducta

7、ncetheoryhavebeendesignedfordifferentmeasurementrequirements.Itisrealizedtomeasuretheliquidfilmthicknessandwavevelocityofgas-liquidtwo-phaseannularflowinhorizontaltube.Themaincontentisasfollows:1.Thestructureoftheconductanceprobewithadjustableinsertiondepthi

8、sdesigned.Acalculationmethodofliquidfilmthicknessusingdutyratioweightisproposed.Soitisrealizedtodirectlymeasuretheliquidfilmthicknessonline.Itstheoreticalerrorwasanalyzedandtwokeyparameters,thei