[發明專利]一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法及應用

在審

• 申請號: 201810528828.2
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108956720A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 徐建新;郭雅欣;肖清泰;楊凱;王華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法及應用，屬于冶金工業技術領域。通過電容層析成像系統裝置測量已標定的熔池熔煉頂吹傳感器電容極板間電容值；將測量得到的電容值進行歸一化處理；將經歸一化電容值進行平滑處理；將經平滑處理電容值采用線性反投影圖像重建算法建出氣泡在熔體內分布圖像。當熔體為熔池熔煉金屬物料熔體時，基于電容層析成像系統能應用在熔池熔煉頂吹實時監測氣泡運動狀態。本方法具有非輻射、非侵入、響應速度快、結構簡單等優點。

技術領域

本發明涉及一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法及應用，屬于冶金工業技術領域。

背景技術

頂吹浸沒熔煉技術是由Floyd博士在20世紀70年代發明的，主要由頂吹浸沒噴槍和圓柱形的爐體構成。其核心是直立浸沒式噴槍。國內外很多學者對頂吹浸沒式噴槍做了一系列研究。包括對頂吹單個氣泡從形成到脫落的研究，氣泡對熔池熔煉攪拌效果的影響等等。氣泡和熔體之間的相互作用對冶金過程中起著重要的作用，特別是在高溫熔池熔煉過程中更是如此，其噴吹的氣體不僅用于熔池攪拌，還是熔煉過程中的反應物。氣泡在黏性流體中作為一個分散相，其運動是一種典型的兩相流動現象，有著非常復雜的運動特性。由于氣泡在穿越分界面時運動方式的復雜性及特殊性，對這種存在不穩定界面的多相流動方式的流動機理目前仍然缺乏一個全面的認識，并且目前的研究幾乎全部集中于底吹產生的氣泡。對于頂吹產生氣泡在黏性流體中運動的研究，國內外專家采用高速攝影機CCD測量氣泡的運動方式，但CCD容易產生反射現象，拍攝內部運動狀態會有誤差。此外CCD只能測量管道內一個側面，缺乏說服力。

綜上所述，現有的熔池熔煉頂吹測量方法難以測量氣泡在整個熔體過程中的運動狀態，而如何精確非侵入式、可視化、實時監測氣泡運動狀態是亟待解決的難題。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法及應用。本發明通過以下技術方案實現，

一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其具體步驟如下：

步驟1、通過電容層析成像系統裝置測量已標定的熔池熔煉頂吹傳感器電容極板間電容值；

步驟2、將步驟1測量得到的電容值進行歸一化處理；

步驟3、將經步驟2歸一化電容值進行平滑處理；

步驟4、將經步驟3平滑處理電容值采用線性反投影圖像重建算法建出氣泡在熔體內分布圖像。

所述步驟1中電容層析成像系統裝置安裝在熔池池壁上，電容層析成像系統裝置包括陣列式電容傳感器1、電容數據收集箱2和數據處理與顯示的計算機3，陣列式電容傳感器1電極引線與電容數據收集箱2輸入端相連，電容數據收集箱2輸出端與數據處理與顯示的計算機3連接；陣列式電容傳感器1包括陣列電極以及陣列電極兩端的電極端環形屏蔽電極4和接地屏蔽電極5；電極引線為電纜線，電纜線包括電纜芯和屏蔽絲網，電纜芯與陣列電極連接，屏蔽絲網與接地屏蔽電極5連接。上述電容層析成像系統裝置為現有裝置，未公開的結構和部件均為本領域技術人員公知技術。

熔池熔煉頂吹傳感器電容極板間電容值標定方法具體為：將熔池中充滿空氣時測定得到熔池中充滿低介電常數時的靜態電容值Cg；以及將熔池中充滿熔體時測定得到熔池中充滿高介電常數時的靜態電容值Co。

所述步驟2中歸一化處理過程具體為C₁＝Cm-Cg/Co-Cg，式中，C₁為歸一化的電容值，Cm為工況中實際電容值，Cg為熔池中充滿低介電常數時的靜態電容值，Co為熔池中充滿高介電常數時的靜態電容值。歸一化處理就是將測量信號的標定處理能夠使測量數據無量綱化，從而有利于數學處理；其次，對標定后的信號進行分析可以減少測量和信號分析過程中帶來的誤差，提高分析精度。