基于超声波阻抗谱的非接触式高浓度颗粒两相流测量方法研究

颗粒两相流中的颗粒粒径分布，浓度等参数的检测，在能源利用、新材料制备、化工检测、医药食品安全生产等很多行业中具有重要应用背景和科学意义。但对于高浓度超细颗粒两相流的非接触、非浸入式原位测量问题始终是一个难题。本申请研究一种基于单/多次窄脉冲回波反射的超声波复阻抗谱理论对颗粒两相流(液固，液液，气液颗粒两相流)中颗粒相粒度分布和浓度测量新方法，该方法具有无需采样、非接触、可在线原位测量的优点，还可与反射式密度测量方法有机地结合，形成一套对于颗粒两相流进行非接触测量理论和具有自主知识产权的方法。

项目研究内容涵盖超声法颗粒测量理论模型、测量方法和反演算法：（1）对于超声波在液固/气液或气固两相流流场传播时的相互作用，重要影响参量，超声场数值模拟和计算，模型简化等方面开展深入研究；推导出阻抗谱计算模型，开展数值模拟并分析典型颗粒的超声阻抗谱特征。开展了基于蒙特卡罗方法的超声波建模理论的研究，方法适用于混合颗粒和非球形颗粒，还非常利于模拟真实传感器和实验条件。进一步探讨了非球形颗粒的声散射问题。（2）依托直接数字合成(DDS)技术，提出一种区别于传统（连续波、猝发波和脉冲波）的猝发叠加波激励方法，并通过实验研究表明其具有很好的可靠性。研究了超声波反射回波测量实验技术，缓冲层和耦合介质的选用，回波信号的提取方法和阻抗谱的获取技术（包括实部和虚部），阻抗谱反演方法中系数矩阵的计算方法和反演谱的提取；（3）研究了超声谱颗粒测量中的反演算法，重点对于基于遗传算法原理的非独立模式算法进行研究，包括双峰分布形式颗粒系的三种改进形式反演方法，结合局部最优化算法的混合遗传算法。.通过对超声谱颗粒两相流测量中的理论模型、实验技术、反演算法等各个方面深入研究，提出并最终实现了一种非接触，非侵入超声阻抗谱在线测量两相流颗粒粒度和浓度的方法，在测量方法上取得突破。研制一套基于上述新方法可用于高浓度液固、液液、气液两相颗粒在线测量装置，形成具有自主知识产权的测量技术。.项目研究期间在国内外刊物和会议上发表论文47篇，其中SCI收录3篇，EI收录15篇，国内外学术期刊论文27篇，国内外会议论文20篇；获得发明专利授权6项，实用新型专利授权3项，申请了5项发明专利；项目研究中培养了1位博士研究生，14位硕士毕业；制定了1项国家标准，获得上海市自然科学二等奖1次。