PDF《用于气液两相流流型识别的 ECT 传感器的优化设计》

第15 卷第6期2011 年6月电机与控制学报ELECTRIC MACHINES AND CONTROL Vol.

15 No.

6 June

2011 用于气液两相流流型识别的 ECT 传感器的优化设计 周云龙

1 , 衣得武

2 , 高云鹏

2 ( 1. 东北电力大学 能源与机械工程学院,吉林 吉林 132012;

2. 东北电力大学 自动化工程学院,吉林 吉林 132012) 摘要: 为提高电容层析成像系统图像重建的质量, 采用有限元方法, 建立电容层析成像系统敏感 阵列电极二维数学模型, 同时以

8 电极水气两相流电容层析成像为研究对象, 分析不同电极覆盖率 以及屏蔽电极与电极外表面距离对电容层析成像系统电容值及敏感区域的影响.结果表明, 电极 覆盖率在 80% 左右时, 电容传感器灵敏度均匀性得到提高, 屏蔽半径是管道内径的 1.

4 ~ 1.

8 倍时, 固有电容达到最大.依据仿真结果, 证明建立的有限元模型是正确的, 经优化设计后的传感器 使电容层析成像系统的图像重建质量得到提高. 关键词: 气液两相流;

电容层析成像;

优化设计;

有限元仿真;

图像重建 中图分类号: TP

216 文献标志码: A 文章编号: 1007- 449X( 2011) 06- 0062-

05 Optimal design of ECT sensor for gas- liquid two- phase flow pattern identification ZHOU Yun- long1 , YI De- wu2 , GAO Yun- peng2 ( 1. College of Energy Resource and Mechanical Engineering,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China;

2. College of Automation Engineering,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China) Abstract: To improve the quality of image reconstruction,a mathematical model of 2- dimensional electri- cal capacitance tomography electrodes array is established,and the object of study is 8- electrode water- gas two- phase flows electrical capacitance tomography system. The influence of the covering ratio and guards radius on capacitance and sensitive area were analyzed by the finite element method. The results show the sensitivity uniformity of sensors are improved while the electrode covering ratio is around 80% , and inherent capacitance achieves maximum while guard electrode radius size is 1.

4 ~ 1.

8 times of pipe diameter. According to the simulation results,finite element model is right,and the result of image re- construction is improved effectively due to the sensor'

s optimal design. Key words: gas- liquid two- phase flow;

electrical capacitance tomography;

optimal design;

finite element simulation;

image reconstruction 收稿日期:

2010 -

12 -

29 基金项目: 国家自然科学基金( 50976018) 作者简介: 周云龙( 1960―) , 男, 教授, 博导, 研究方向锅炉水动力特性, 油-气-水多相流动特性和气液两相流流型识别研究;

衣得武( 1985―) , 男, 硕士研究生, 研究方向气液两相流流型识别研究;

高云鹏( 1986―) , 男, 硕士研究生, 研究方向气液两相流流型识别研究.

0 引言在动力工程、 石油化工、 核能利用等领域广泛存 在气液两相流动工况, 如冷凝器、 蒸发器及核反应堆 蒸汽发生器等管壳式换热设备 [1 -

2 ] .管束间的气液 两相流型对流体的流动特性和传热规律有着重要的 影响 [3 ] , 同时也影响流动参数的准确测量以及两相 流系统的运行特性, 因此气液两相流流型识别的研 究一直是两相流参数测量的一个重要研究方向, 同 时也为核工业等生产设备安全、 经济运行提供了有 力的技术支持. 电容 层析成像(electrical capacitance tomo- graphy,ECT) 技术是上世纪