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基于超声衰减法的液固两相流相含率测量方法研究

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基于超声衰减法的液固两相流相含率测量方法研究

作者：郑盟河北大学

学位级别：硕士

随着社会经济的高速发展,城市水环境问题日益严峻,城市污水排水系统频繁遭遇溢流和水患等问题。实现城市排水管网的分相计量,掌握污水流动规律是解决这一问题的关键。污水中污染物主要以悬浮颗粒形态存在,是一种典型的液固两相流。相含... 详细信息

随着社会经济的高速发展,城市水环境问题日益严峻,城市污水排水系统频繁遭遇溢流和水患等问题。实现城市排水管网的分相计量,掌握污水流动规律是解决这一问题的关键。污水中污染物主要以悬浮颗粒形态存在,是一种典型的液固两相流。相含率作为液固两相流的一个重要指标,表征了污水系统中悬浮物的含有率。因此,准确测量液固两相流的相含率参数对实现污水的分相计量具有重要的实际意义。本文的主要研究内容是基于超声衰减方法实现液固两相流中的固相含率测量。首先,针对理论模型,分析对比了已有的相含率理论模型,提出了将Mc Clements模型叠加BLBL模型以描述总的声衰减,即在考虑热衰减和粘性损失的基础上,补充了因颗粒散射而导致的超声损失部分,建立了一个适用于多种粒径并全面考虑声损失的全波长相含率测量模型。然后,针对测量方案,设计并搭建了多通道超声同步测量系统,通过液固两相静态实验确定了换能器中心频率,针对不同管道口径的实验条件,设计了换能器组的排布方式。将多通道超声换能器周向排布在多相流循环装置上,使用全波长相含率模型反演颗粒相体积分数,二频法反演平均粒径。对整个测量系统进行了不确定度评定,计算得出该系统的合成不确定度为1.01%。将该测量装置及模型拓展应用于大口径污水流动模拟实验,将多通道超声装置轴向排布于大口径管道正下方,实现了大口径非满管液固两相流相含率测量。本文取得了如下研究成果:(1)完善了多通道超声同步测量装置,确定了适用于管道液固两相流的超声换能器的中心频率。(2)建立了液固两相流的全波长相含率模型,对液固两相流固相体积分数进行反演,测量误差绝对值均小于15%,验证了全波长相含率模型在液固两相流中的适用性和有效性。同时,使用二频法对固相平均粒径进行反演,反演结果与图像法结果对比,误差在±15%以内。(3)搭建了大口径非满管液固两相流相含率测试系统,设计了多通道超声换能器组的排布方式;在低体积浓度情况下,相含率测量的相对误差在±10%以内,为非满管液固两相流中固相含率的测量提供了一种有效手段。

关键词：液固两相流超声衰减相含率模型大口径污水管道

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超声衰减检测法研究大分子构象变化

化学学报 2001年第5期59卷 665-669页

作者：王公正房喻胡道道尚志远陕西师范大学化学系陕西师范大学应用声学研究所

以壳聚糖(CS)包埋聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶和聚甲基丙烯酸(PMAA)水溶液为模型体系,研究了超声衰减检测法用于探测大分子溶液构象和聚集态变化的可能性.实验表明,超声衰减参量(α)与大分子在溶液或水凝胶中的构象状态密切相关.... 详细信息

以壳聚糖(CS)包埋聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶和聚甲基丙烯酸(PMAA)水溶液为模型体系,研究了超声衰减检测法用于探测大分子溶液构象和聚集态变化的可能性.实验表明,超声衰减参量(α)与大分子在溶液或水凝胶中的构象状态密切相关.一般而言,大分子的松散线团构象具有较低的超声衰减能力,而压缩线团构象则具有比较高的超声衰减能力.不过,过度压缩线团构象的超声衰减能力也比较小.据此,可以预期超声衰减检测有可能发展成为一种简单、非破坏性大分子构象研究新方法.

关键词：超声衰减溶液构象聚(N-异丙基丙烯酰胺) 聚甲基丙烯酸水凝胶壳聚糖包埋聚集态

超声衰减与光散射法蒸汽液滴粒径和含量对比测试

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第2期47卷 654-660页

作者：苏明旭袁安利周健明李永明蔡小舒上海理工大学颗粒与两相流测量研究所上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

搭建蒸汽测试实验系统,结合经典ECAH(Epstein-Carhart-Allegra-Hawley)理论模型,提出三频率超声波声衰减颗粒测量方法,采用中心频率为22,40和200 k Hz的超声波开展蒸汽液滴粒径和含量(体积分数)的超声法测量实验,在相同工况下基于光散... 详细信息

搭建蒸汽测试实验系统,结合经典ECAH(Epstein-Carhart-Allegra-Hawley)理论模型,提出三频率超声波声衰减颗粒测量方法,采用中心频率为22,40和200 k Hz的超声波开展蒸汽液滴粒径和含量(体积分数)的超声法测量实验,在相同工况下基于光散射法的原理,同时开展多波长消光法和激光散射法对比测试研究。实验结果表明:超声衰减法测得蒸汽液滴粒径和含量与消光法和激光散射法的测量值接近,超声衰减法有望用于气液两相流中蒸汽液滴粒径以及含量(湿度)参数的在线监测。

关键词：超声衰减消光激光散射粒径测量气液两相流

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变厚度碳纤维复合材料孔隙率超声衰减模型

农业机械学报 2014年第7期45卷 325-332页

作者：李钊周晓军杨辰龙王建龙徐建勇郑慧峰浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 中国计量学院计量测试工程学院杭州310018

根据超声波透射法检测原理,在一定的假设基础上,针对层数不同的层板碳纤维复合材料,建立了孔隙率与材料层数、超声衰减量的关系模型,利用5组不同层数样本试块的孔隙率和超声衰减量的试验数据,给出了基于模型的孔隙率拟合公式。分析和试... 详细信息

根据超声波透射法检测原理,在一定的假设基础上,针对层数不同的层板碳纤维复合材料,建立了孔隙率与材料层数、超声衰减量的关系模型,利用5组不同层数样本试块的孔隙率和超声衰减量的试验数据,给出了基于模型的孔隙率拟合公式。分析和试验结果表明,拟合公式具有一定的精度,满足工程检测的要求。该模型可用于检测同批次下不同层数复合材料的孔隙率,且不需要制备大量的试验样本,既方便快捷又节约成本。在此基础上,对模型进行了修正,建立了变厚度层板复合材料孔隙率与材料厚度、超声衰减的关系模型,并对模型进行了讨论,该模型适合于大曲率半径结构件。

关键词：碳纤维复合材料孔隙率变厚度超声衰减

基于仿真方法的CFRP复合材料孔隙率与超声衰减系数的关系

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复合材料学报 2018年第1期35卷 89-94页

作者：丁珊珊金士杰何晓晨罗忠兵林莉大连理工大学无损检测研究所大连116024

为从超声衰减机制角度解释碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料孔隙率P与超声衰减系数α之间呈非唯一对应关系的原因,针对厚度为2mm的热压罐成型单向CFRP层板,建立了具有不同孔隙尺寸的CFRP模型(P=0.5%~3.5%),并采用数值计算方法得到衰减系... 详细信息

为从超声衰减机制角度解释碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料孔隙率P与超声衰减系数α之间呈非唯一对应关系的原因,针对厚度为2mm的热压罐成型单向CFRP层板,建立了具有不同孔隙尺寸的CFRP模型(P=0.5%~3.5%),并采用数值计算方法得到衰减系数α值。当孔隙横向尺寸D=56μm,即归一化波数kD=2πD/λ超声波波长λ≈560μm)时,α随P增大而缓慢线性增加;当D=93μm(kD≈1)时,α随P增大呈对数增长。仿真结果表明,超声波在含孔隙CFRP中传播时,随着归一化波数的不同,超声波衰减可能包括瑞利散射和随机散射两种机制,孔隙形貌的随机复杂性导致CFRP孔隙率与超声衰减系数之间呈现非唯一对应关系。

关键词：碳纤维增强树脂孔隙率仿真超声衰减超声散射

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碳纤维复合材料孔隙率超声衰减测试研究

材料科学与工艺 2007年第2期15卷 260-263页

作者：刘继忠周晓军蒋志峰南昌大学机电学院江西南昌330029 浙江大学机械与能源工程学院浙江杭州310027 浙江科技学院机电系浙江杭州310023

探讨和分析了碳纤维复合材料孔隙率检测的各种方法以及理论方面的研究,指出材料内部孔隙形状与孔隙含量存在着相关性,孔隙含量超声衰减测量应考虑孔隙形貌因素,超声波频率因素对超声衰减孔隙含量测量存在着影响,不同频率超声波影响着超... 详细信息

探讨和分析了碳纤维复合材料孔隙率检测的各种方法以及理论方面的研究,指出材料内部孔隙形状与孔隙含量存在着相关性,孔隙含量超声衰减测量应考虑孔隙形貌因素,超声波频率因素对超声衰减孔隙含量测量存在着影响,不同频率超声波影响着超声衰减孔隙含量计算公式的具体形式,复合材料孔隙率检测的难点在于破坏性实验及孔隙特性不能与实测中超声信号充分点点对应,不能有效充分考虑孔隙特性,提出了一种基于孔隙特征的多分段拟合孔隙率超声衰减测试方法,并以一简单例子对多分段拟合结果进行了分析.

关键词：孔隙率碳纤维复合材料超声衰减

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基于超声衰减的纸浆浓度测量技术的研究

计量学报 2008年第1期29卷 87-91页

作者：姚骏张权李斌上海大学机电工程与自动化学院上海200072 中北大学山西太原030051

采用超声衰减技术研究了稀释纸浆悬浮液中纸纤维质量浓度的测量方法，讨论了稀释纸浆悬浮液中超声的衰减机理。设计了超声衰减实验装置和电子测量系统并进行了纸浆质量浓度测量的实验。实验的超声频率范围为0．86～2．75MHz，测量的纸... 详细信息

采用超声衰减技术研究了稀释纸浆悬浮液中纸纤维质量浓度的测量方法，讨论了稀释纸浆悬浮液中超声的衰减机理。设计了超声衰减实验装置和电子测量系统并进行了纸浆质量浓度测量的实验。实验的超声频率范围为0．86～2．75MHz，测量的纸浆质量浓度为0～3％。实验结果表明．稀释纸浆悬浮液中．由于单散射机制的作用，对于一个确定的超声频率，超声衰减值与纸浆质量浓度存在正比关系。

关键词：计量学超声衰减纸浆悬浮液质量浓度

孔隙对碳纤维增强环氧树脂复合材料超声衰减系数及压缩性能的影响

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复合材料学报 2020年第6期37卷 1295-1311页

作者：史俊伟刘松平荀国立杨刚中航复合材料有限责任公司检测与评估研究室北京101300

孔隙对碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料的力学性能和破坏模式有显著的影响,因此需要建立准确的孔隙率无损检测评估方法,并基于所评估的孔隙率提高CF/EP复合材料压缩性能预测的可靠性。本文主要研究了孔隙对CF/EP复合材料的超声衰减... 详细信息

孔隙对碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料的力学性能和破坏模式有显著的影响,因此需要建立准确的孔隙率无损检测评估方法,并基于所评估的孔隙率提高CF/EP复合材料压缩性能预测的可靠性。本文主要研究了孔隙对CF/EP复合材料的超声衰减系数和压缩性能的影响,通过降低固化压力至0.7~0.2 MPa和延长预浸料室温贮存时间至30~180天的方法,制备了不同孔隙率的CF/EP复合材料层压板,通过金相验证其孔隙率在0%~3.0%之间,孔隙类型主要为层中孔隙和层间孔隙。通过理论和试验的方法,基于超声反射法建立了孔隙率与超声衰减系数的关系曲线,由孔隙引起超声衰减系数为αv=1.08Pv^2(Pv为孔隙率),与前人基于超声穿透法所得的超声衰减系数αv=0.61Pv^2较好地符合2倍声程的关系。对不同孔隙率的CF/EP复合材料层压板进行压缩测试实验,特别考虑了贴片和加载方向对测试结果的影响。从细观角度研究了含孔隙的CF/EP复合材料层压板的压缩破坏模式。结果表明:CF/EP复合材料层压板的压缩强度随孔隙率增加而下降,孔隙率增加至2.5%时,压缩强度下降13.7%,孔隙细观特征影响压缩破坏的形式,主要原因是孔隙诱发微裂纹的萌生和扩展,削弱了纤维与树脂间的结合力并引发纤维微屈曲。

关键词：复合材料孔隙率超声无损检测超声衰减压缩强度破坏模式

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汽轮机湿蒸汽特性的超声衰减测量技术

哈尔滨工程大学学报 2022年第8期43卷 1199-1204页

作者：祝嘉鸿温济铭袁东东王伟兵林原胜田瑞峰哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001 武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064

针对核电站二回路汽轮机末级中,湿蒸汽工质夹带的液滴会威胁核电厂的经济性与安全性的问题,本文基于长波区简化模型对超声波在气液两相流中超声衰减系数、声速与体积浓度、液滴粒径关系进行数值模拟。利用超声衰减法,对气液两相流中100 ... 详细信息

针对核电站二回路汽轮机末级中,湿蒸汽工质夹带的液滴会威胁核电厂的经济性与安全性的问题,本文基于长波区简化模型对超声波在气液两相流中超声衰减系数、声速与体积浓度、液滴粒径关系进行数值模拟。利用超声衰减法,对气液两相流中100 kHz、160 kHz、200 kHz超声衰减系数进行测量,结合长波区简化模型对两相流液滴体积浓度进行反演计算。使用称重法对两相流中液滴体积浓度进行标定,将计算结果与标定的体积浓度进行对比分析。结果表明:超声衰减法可以对气液两相流液滴体积浓度进行在线测量,并且蒸汽液滴体积浓度变化0.01%超声幅值衰减可以达到25%而声速变化量为0.5%,超声衰减法更适合用于核电厂二回路蒸汽浓度测量。

关键词：核电厂汽轮机蒸汽湿度低压缸超声衰减声速液滴体积浓度湿蒸汽