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电容层析成像图像重建与气力输送两相流可视化测量研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究课题目的和意义

1.1.1 能源和环境问题

1.2 气力输送技术的研究综述

1.2.1 气力输送技术的发展和特点

1.2.2 气力输送系统的分类

1.2.3 常规气力输送流体的测量方法

1.2.4 基于电容层析成像技术的气固两相流参数测量

1.3 过程层析成像技术综述

1.3.1 过程层析成像技术的发展历史

1.3.2 过程层析成像技术的特点

1.3.3 过程层析成像技术的分类

1.4 小波分析简介

1.4.1 小波分析简介

1.5 ECT技术的研究重点、存在问题及展望

1.5.1 研究重点

1.5.2 现有存在的问题

1.5.3 发展趋势

1.6 本章小结

第2章 电容层析成像技术原理

2.1 过程层析成像的理论基础

2.2 ECT测量的基本原理和系统构成

2.2.1 ECT的测量原理

2.2.2 ECT测量系统电路

2.3 ECT图像重建模型

2.3.1 ECT正问题和反问题介绍

2.3.2 ECT敏感场介绍

2.3.3 数值分析计算方法

2.4 ECT图像重建准则

2.5 本章小结

第3章 动态图像重建算法

3.1 ECT图像重建算法

3.2 ECT图像重建算法的数值模拟

3.3 动态图像重建算法的理论模型

3.4 算法理论模型中目标泛函的设计

3.5 算法理论模型中目标泛函的求解

3.6 基于动态图像重建算法的数值模拟

3.6.1 无噪声的重建模型

3.6.2 含噪声的重建模型

3.7 基于动态图像重建算法在线监测两相流

3.7.1 ECI测量流化床实验台介绍

3.7.2 ECT传感器介绍

3.7.3 ECT系统硬件电路板介绍

3.7.4 ECT系统人机界面介绍

3.7.5 DR算法结果

3.8 本章小结

第4章 双套管气力输送固体颗粒浓度测量结果与分析

4.1 双套管气力输送固相介质浓度测量试验系统

4.2 双套管气力输送浓度测量ECT传感器

4.3 空隙率的计算

4.4 双套管气力输送系统的内部流动分析

4.5 双套管气力输送固相介质浓度测量结果

4.5.1 固两相流横截面浓度分布分析

4.5.2 相同耗气量的结果分析

4.6 本章小结

第5章 双套管气力输送固相介质流速和流量测量

5.1 双套管气力输送固相介质的流速和流量测量试验

5.2 小波分析方法与原理

5.2.1 小波变换的分类

5.2.2 小波分析结果

5.3 电容相关测速方法

5.3.1 电容相关质量流量测量方法

5.3.2 电容相关法计算两相流计算结果分析

5.4 空间滤波法测速方法

5.4.1 电容式传感器的空间滤波原理

5.4.2 固相介质的速度测量原理

5.4.3 空间滤波法计算两相流流速结果分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 论文的主要创新点

6.3 有待进一步开展的工作

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介

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摘要

电容层析成像(Electric Capacitance Tomography ECT)依据测量的电容数据,利用相应的图像重建算法重建被测物场的介质分布图。因具有快速、安全、非侵入式、设备相对经济等优点,ECT被认为是极具广阔发展前景的可视化测量方法。本文主要探讨ECT图像重建算法和气力输送过程中气固两相流参数的可视化测量。主要的研究内容包括:
  对ECT可视化测量方法的基本原理、系统组成、典型的ECT图像重建算法等关键问题的分析;并对常用的图像重建方法进行了数值研究。
  图像重建算法的精度与速度对于ECT可视化测量方法的成功应用具有重要意义。制约ECT测量精度的一个根本问题是信息量的缺乏,造成图像重建过程的病态本质,限制了ECT对于复杂场的测量能力。本文提出了一个同时考虑ECT测量信息与被测对象动态演化信息的动态重建模型,并建立了一个新型目标泛函。数值仿真结果表明,新算法具有计算复杂性低、能够有效克服ECT图像重建过程的数值不稳定性的优势。所重建图像的空间分辨率得到了明显地改善,且失真程度相对较小。
  气力输送过程中的流场是非常复杂的,准确地测量输送过程中气固两相的分布和固体颗粒浓度对于研究输送过程中复杂的物理机制与提高系统的效率等方面具有重要意义。本文利用ECT方法对气力输送过程中的相分布与固体颗粒浓度进行了可视化测量研究。实验结果表明,ECT方法适用于气力输送过程两相流参数的可视化测量。
  同时用耦合空间滤波法与ECT的测量方法对气固两相流管道中的固体颗粒物质量流量进行了可视化测量研究。实验结果表明,该方法是有效的,从而为解决气固两相流质量流量准确性的难题奠定了基础。
  本文对循环流化床内粉粒体的分布进行了在线测量,得到了不同工作状态下粉粒体的截面规律。

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