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原文传递基于层析成像技术的疏浚管流关键参数检测方法研究

论文题名：	基于层析成像技术的疏浚管流关键参数检测方法研究
关键词：	泥浆流速;电容层析成像;图像重建;疏浚泥浆
摘要：	绞吸式挖泥船工作过程中需将泥浆通过长距离大口径的输送管道输送到指定排放目的地。疏浚泥浆具有浓度高、颗粒不均匀和成分复杂等特点，输送过程中存在管阻大、能耗高、易堵管和排距短等技术问题，严重地影响挖泥船的生产效率、作业范围和生产成本。加气助送可有效解决这些问题，当气体/泥土/水形成的三相流在管道内以理想的流态进行输送时，可有效减小管道阻力，降低管壁磨损和延长管道输送距离。在泥浆管道输送过程中，泥浆浓度、流速对管道内流态有较大影响，同时管道内流态也会随时间变化而发生变化。如何准确对管道内泥浆浓度、流速及流态进行准确检测是保证管道高效输送的关键。　　电容层析成像技术ECT（Electrical Capacitance Tomography）具有非辐射性、非侵入、响应速度快、成本低廉、安全性能高等优点，越来越成为一种重要的多相流参数检测技术。本文利用电容层析成像方法对加气助送过程中管道内流态、泥浆浓度及流速进行检测，主要研究工作如下：　　（1）分析泥浆管道输送作业机理及优化控制方法，提出影响泥浆管道输送效率的三个关键因素（管道内泥浆浓度、流态、流速）。引入电容层析成像方法对其进行检测，深入剖析了电容层析成像技术检测原理并详细描述电容层析成像系统构成及工作过程。　　（2）建立电容传感器数学模型，对有限元方法的计算特点及过程进行深入研究，建立管道有效场域有限元模型并求解出每一微元泛函。总成各微元泛函形成总刚度矩阵，对该矩阵方程进行求解计算出管道有效场域内中各结点电势分布。重点分析屏蔽层内径及极板宽度对管道内有效场域敏感场分布影响，并以敏感场均匀性为评价目标，确定电容传感器最佳的参数组合。　　（3）对图像重建算法进行研究，详细对四种典型图像重建算法进行分析，提出图像重建质量的评价指标，计算出四种图像重建算法迭代次数与图像误差之间关系，确定每种算法最佳迭代次数。利用上述图像重建方法对六种不同流动状态进行仿真计算，分析比较各种算法计算精度。　　（4）搭建实验系统，详细分析实验系统构成及工作过程。深入研究模糊识别原理利用基于电容层析成像技术的模糊识别方法对管道内不同流态进行识别。根据多次仿真计算结果确定本泥浆浓度测试系统适用范围。利用该泥浆浓度检测系统对不同浓度泥浆进行检测，并得出泥浆浓度检测值的直方图。　　（5）对相关流速测量技术原理及系统构成进行研究，建立相关流速测量数学模型，通过上述实验系统获取上、下游电极对处电容传感器信号，并依据相关流速测量数学模型求得上下游间渡越时间，从而求得管道内泥浆流速。
作者：	江攀
专业：	载运工具运用工程
导师：	范世东
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文