多相流超声检测技术

本书从工业中常见的复杂多相流流动过程参数的在线检测需求出发，针对气液两相流、油水两相流与油气水三相流的相含率、流速、粒径、流型以及流体分布等参数，详细介绍基于超声多种传播特性的多相流测量方法，内容涵盖超声在流体中传播的基本模型、超声衰减测量法、超声反射测量法、超声多普勒测量法、超声过程层析成像，以及超声测试系统设计等相关内容。

目录
“信息科学技术学术著作丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 多相流及其测量 1
1.2 多相流流型及过程参数 2
1.2.1 多相流流型 2
1.2.2 基本过程参数 6
1.3 超声检测技术发展 10
1.4章节结构 11
参考文献 12
第2章 超声传播基本模型 15
2.1 理想流体介质中超声波动方程 15
2.1.1 表征声场的声学量 15
2.1.2 运动方程 16
2.1.3 连续性方程 17
2.1.4 物态方程 18
2.1.5 波动方程 19
2.2 平面波传播模型 20
2.2.1 平面波波动方程及其解 20
2.2.2 声阻抗率与介质特征阻抗 21
2.3 平面波的透射、反射与折射 21
2.3.1 声学边界条件 21
2.3.2 平面波垂直入射 22
2.3.3 平面波倾斜入射 23
2.4 球面波传播规律 25
2.4.1 球面波波动方程及其解 25
2.4.2 球面波声阻抗 26
2.5 本章小结 27
参考文献 27
第3章 超声衰减测量法 29
3.1 超声衰减测量法理论基础 29
3.1.1 油水分散流中的超声衰减机理 30
3.1.2 多频超声衰减解调方法 32
3.2 均匀相分布的相含率反演 34
3.2.1 均匀相分布中超声衰减模型 34
3.2.2 TR-GQPSO相含率反演算法 39
3.2.3 反演算法仿真验证 41
3.2.4 反演算法实验验证 45
3.3 非均匀相分布的相含率反演 50
3.3.1 非均匀相分布中超声衰减模型 50
3.3.2 CMA-ES粒径分布反演算法 56
3.3.3 反演算法仿真验证 59
3.3.4 反演算法实验验证 61
3.4 本章小结 66
参考文献 66
第4章 超声反射测量法 71
4.1 超声反射法气液界面检测原理 71
4.1.1 声波的反射现象和透射现象 71
4.1.2 基于回波强度的气液界面检测原理 72
4.1.3 基于AIC的渡越时间获取方法 72
4.2 超声反射法在多相流测量中的应用 75
4.2.1 传感器结构和测量原理 75
4.2.2 实验设置 77
4.2.3 结果与分析 78
4.3 本章小结 81
参考文献 81
第5章 连续波超声多普勒测量法 83
5.1 连续波超声多普勒流速测量原理与传感器 83
5.1.1 超声多普勒效应 84
5.1.2 连续波超声多普勒流速测量原理 85
5.1.3 连续波超声多普勒流速测量传感器 87
5.2 连续波超声多普勒液液两相流流速测量 88
5.2.1 异侧收发传感器结构与测试空间 88
5.2.2 流速测量模型 91
5.2.3 多普勒频移特性与模型参数 99
5.2.4 油水两相流测量结果与误差分析 103
5.3 连续波超声多普勒气液两相流流速测量 105
5.3.1 同侧收发传感器结构与测试空间 105
5.3.2 流速测量模型 108
5.3.3 多普勒频移时频特性与多普勒流速提取 112
5.3.4 气水两相流测量结果与误差分析 115
5.4 连续波超声多普勒油气水三相流流速测量 117
5.4.1 三相流多普勒速度 117
5.4.2 分相流速测量模型 118
5.4.3 分散相频移与时频特性 123
5.4.4 油气水三相流测量结果与误差分析 125
5.5 本章小结 126
参考文献 127
第6章 脉冲波超声多普勒测量法 131
6.1 脉冲波超声多普勒流速分布检测方法发展 131
6.2 脉冲波超声多普勒流速剖面测量原理 133
6.2.1 脉冲波超声多普勒流速剖面测量基本理论 133
6.2.2 多普勒频移提取方法 134
6.2.3 脉冲波超声多普勒流速剖面检测的主要参数 135
6.3 脉冲波超声多普勒技术在多相流测量中的应用 137
6.3.1 均相流流速测量 138
6.3.2 分散流流速测量 138
6.3.3 分层流流速测量 139
6.4 基于脉冲波超声多普勒技术的水平管道油水两相流测量 141
6.4.1 油水两相流实验设置 141
6.4.2 基于超声回波信号的流型辨识 143
6.4.3 无量纲流速分布模型 153
6.5 本章小结 156
参考文献 156
第7章 超声过程层析成像 160
7.1 超声透射层析成像正演模型 160
7.1.1 超声透射层析成像原理 160
7.1.2 超声衰减层析成像正演模型 162
7.1.3 超声渡越时间层析成像正演模型 163
7.2 超声透射层析成像反演算法 163
7.2.1 超声透射层析成像反演求解 163
7.2.2 投影类算法 164
7.2.3 正则类算法 164
7.2.4 统计类算法 166
7.2.5 层析成像反演求解的加速与降维 168
7.2.6 传统超声过程层析成像反演方法总结 170
7.3 基于压缩感知的图像重建方法 171
7.3.1 压缩感知算法基本介绍 171
7.3.2 压缩感知的正演问题与反演算法 172
7.3.3 压缩感知层析成像仿真与实验 176
7.4 超声透射/反射融合层析成像 179
7.4.1 基于图像融合的超声透射/反射融合层析成像 180
7.4.2 基于数据融合的超声透射/反射融合层析成像 183
7.5 本章小结 186
参考文献 186
第8章 多相流超声测试系统设计 189
8.1 超声过程层析成像系统设计 189
8.1.1 超声传感器阵列 190
8.1.2 超声信号激励源模块 192
8.1.3 超声发射与接收开关控制模块 195
8.1.4 模拟前端模块 196
8.1.5 CPCI通信模块 201
8.2 超声多普勒流速测量系统设计 204
8.2.1 信号激励源模块 204
8.2.2 接收信号调理模块 206
8.2.3 数字解调模块 207
8.2.4 数据传输模块 210
8.2.5 PCB 设计 210
8.3 本章小结 211
参考文献 211