高温油气两相流参数测量方法研究

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航空发动机的正常运转离不开润滑系统,润滑油在润滑完轴承后与轴承腔内的空气混合进入回油管路,形成复杂的油气两相流,因此进行回油管路中油气两相流动的参数测量对回油系统的设计和优化具有重要的意义。然而回油管路中管径小,介质流速快,温度高且变化剧烈等因素,为油气两相流的参数测量带来了新的挑战。针对上述难点问题,本文设计了高温环境中使用的油气两相流参数测量系统,提出适用于温度变化条件下的空隙率、流量测量模型,实现了空隙率和流量的在线测量,为复杂工况下油气两相流的测量提供了新的思路。本文主要创新点和工作如下:1.基于电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)及文丘里管流量测量技术,设计了适用于高温环境的油气两相流参数测量系统。2.针对测量过程中温度变化引起的空隙率测量误差,提出了基于满管电容标定值和基于数据挖掘技术的两种空隙率测量新方法。方法一:基于满管电容标定值的空隙率测量方法中,在室温下,利用主成分回归方法,建立归一化ECT阵列电容值与空隙率的测量模型,然后采集不同温度下的满管ECT电容值为基准,对不同温度下的电容值进行归一化,作为模型的输入,补偿由于温度变化引起的空隙率测量误差。方法二:基于数据挖掘技术的空隙率测量方法中,基于不同温度下所采集的大量实验数据,利用数据挖掘的方法(本文中采用核主成分分析法和支持向量回归)直接建立空隙率测量模型。实验研究表明所提出的两种空隙率测量新方法均能有效地进行温度变化环境中的空隙率测量,方法一只需要建立常温下空隙率的测量模型,利用不同温度下满管标定值即可实现不同温度下空隙率的测量,简便易行;方法二则利用大量的实验数据实现空隙率模型的建立,测量精度相对较高。3.在流型辨识和空隙率测量的基础上,结合经典气液两相流流量经验模型公式,实现了不同温度不同流型下油气两相流流量测量。4.在搭建的高温油气两相流实验装置上进行了不同温度下的实验研究,实验结果表明,在20℃-180℃温度范围内,所设计的油气两相流参数测量系统和所提出的空隙率和流量测量方法能够有效地进行油气两相流的空隙率和流量的测量,其中,在0~0.69测量范围内,空隙率最大绝对误差分别为10%(方法一)和7%(方法二),在0kg/min~19.37kg/min测量范围内,流量最大相对误差为10%。
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