多电极电磁血液流速仪仿真建模研究

基于电磁流量计权函数理论,将多电极电磁测量方式应用于肢体动脉、静脉血液流速测量。通过将流动截面处划分为不同的区域,利用权函数理论重构流动截面处不同区域内的平均轴向速度值,实现对动脉、静脉血管中互为逆向流动的速度信息测量。在此基础上,通过获取不同位置的弦端电压,利用区域权函数的计算方法,确定流动截面上不同位置的权函数,进而计算流动截面处各个区域的局部轴向平均速度。三维有限元模型仿真和计算结果表明电极的位置、数量以及不同的划分方式重构结果不同,实现了速度重构并测量了局部速度分布。     

多电极血液流速仪励磁系统优化研究

为了实现对人体血液流量测量及流速分布的监测,基于多电极电磁测量设计了血液流速仪,通过测量皮肤表面的感应电动势,实现对动、静脉血液流速的测量。首先,模仿人体肢体结构,包括皮肤、脂肪、骨骼、肌肉、动脉和静脉的尺寸和相对位置,建立COMSOL仿真模型。然后,以赫姆霍兹线圈、C型铁芯线圈为基础,仿真研究了多种励磁结构和励磁方式在肢体测量截面处激励的电磁感应强度分布,提出了励磁线圈的优化设计方案,最后,对不同结构、不同激励方式的励磁系统进行了优化对比。结果表明,两对正交布置并且采用同向激励电流的赫姆霍兹线圈磁场呈中心对称,磁场强度和均匀性均优于其他励磁系统,能够有效增强感应电动势数值,更适用于非轴对称流的多电极电磁测量。研究结果验证了励磁系统优化方案的可行性,以及其均匀性对于提高速度重构精度的积极作用。     

多电极电磁流量计用于非轴对称流的测量

为解决两电极电磁流量计对于速度非轴对称分布的敏感问题,基于Shercliff权函数提出区域权函数概念,研究其计算方法并设计出多电极电磁流量计．通过多电极传感器测量不同位置的弦端电压,计算管道截面各区域的局部轴向平均速度,并实现体积流量的测量．介绍了多电极电磁流量计传感器设计,通过测量偏流发生器下游的非轴对称单相流及倾斜管固一液两相流,证明该设计对于非轴对称流具有较高的流量测量精度及可靠的速度分布测量结果．     

基于Kriging算法的电磁频谱地图构建技术研究

针对电磁频谱地图构建中感知节点分布不均匀、构建效率不高的难题,提出了一种基于Kriging算法的电磁频谱地图构建算法。该算法首先运用Kriging算法将感知数据构建成电磁频谱地图;其次利用K-means聚类算法实现感知区域多粒度划分,将整体区域划分为层次不同的多个局部区域,利用Kriging算法对局部区域进行电场强度插值估计,形成不同粒度下的多个电磁频谱地图;最后根据感知节点分布状况,基于Voronoi图计算不同粒度下局部区域的均匀度权重,对各粒度下的电磁频谱地图进行加权融合,生成电磁频谱地图。仿真结果表明：该算法将电磁频谱地图的构建误差降低了2%～5%,在噪声强度大于8 dBW时构建效率大幅高于原始算法,具有构建精度高、容错性强的特点。     

基于经皮能量传输的人工肛门括约肌生物电磁相容性研究

针对人工肛门括约肌的生物电磁相容性问题,通过对人体断层照片进行图像分割实现了组织的划分和识别,建立了包含40种生物组织的人体电磁模型.运用时域有限差分法,计算了经皮能量传输系统对生物组织产生的辐射剂量,获得了人体不同组织在该电磁场中的比吸收率分布情况,并根据国际人体电磁安全标准对其进行了深入分析.仿真结果表明,经皮能量传输系统在发射功率为1.5W,谐振频率为358kHz的实验环境下对人体组织具有良好的生物相容性.     

基于计算流体力学的血液和血栓通过静脉瓣时流动分析

静脉瓣存在于静脉血管中,其主要功能是防止血液逆流.结合血栓形成的要素,预测静脉中易于形成血栓的位置,并且研究血栓对静脉瓣的影响.利用计算流体力学(CFD)Fluent 19.0软件,建立静脉血管模型,在静脉瓣不同张开程度、血液不同来流速度和血液不同黏度下进行研究.得出静脉瓣窦区域中的血流会生成漩涡,并且窦区域为血流低速区和低剪切力区,静脉瓣张开程度增加、血液来流速度下降和血液黏度增加都会使静脉中低速区的血流速度更缓慢.血栓通过静脉瓣时,静脉瓣张开程度减小、血液来流速度增加以及血液黏度增加,都会使得血栓对瓣膜的剪切力增大.结果表明,在血液低流速、高黏度的状态下,窦区域的血流环境可能会导致血栓的形成.血栓会对静脉瓣造成一定的损伤,并且损伤程度随着静脉瓣张开程度的减小、血液来流速度的增加和血液黏度的增加而增加.     

基于BP网络的同面多电极技术图像重构算法

为实现同面多电极技术对飞机用复合材料损伤区域和大小的识别,采用BP神经网络算法建立采样电容值与检测区域介电常数分布的非线性映射,利用输出灰度值实现损伤区域的图像重构.利用主元分析法对输入电容值进行降维处理.采用自适应调整学习率与动量因子方法加快了BP网络训练的收敛速度.仿真结果表明,该算法重构的损伤区域图像成像速度较快,准确度满足实现同面多电极技术对复合材料损伤区域大小和位置识别的要求.     

两相流电磁成像测量正问题研究

应用有限元方法对电磁流动成像测量进行正演仿真,模拟不同测量组合下各种流型的电势分布以及对应流型下各电极的测量电压值,最后模拟6种典型测量敏感场.仿真结果表明:介质分布不同是影响电势分布差异的根本原因;核心流测量电压值曲线呈简单"U"型变化,贴井壁泡流曲线变化规律不明显,层流曲线存在拐点;敏感场分布不均匀,不对称,且存在负值.正演模拟的结果验证了电磁成像测量方法的可行性,并为下一步传感器设计和图像重构奠定基础.     

基于网状静电传感器鼓泡流化床运行参数监测

为了深入研究流化床中颗粒的流动特性和优化流化床反应器的性能,需要对流化床的运行参数如流速和电荷分布进行实时地监测。由于灵敏度高且分布均匀,网状静电传感器被用来在实验室规模鼓泡流化床上测量固体颗粒的速度廓形和电荷分布。固体颗粒的速度廓形是通过对上下游平面对应位置的静电信号进行互相关计算得到的。网状电极上的感应电荷可以通过静电信号的均方根(RMS)估算。根据电荷重建算法,利用所有电极上的感应电荷重建截面处固体颗粒的电荷分布。研究结果表明:网状静电传感器可以捕捉到鼓泡流化床床壁附近的下落颗粒;由于流化床内颗粒速度廓形的影响,传感器中心处电极上的感应电荷量大于床壁附近电极上的感应电荷量,并且重建结果显示流化床截面电荷分布相对均匀。     

四电极外流式电磁流量计仿真与实验研究

四电极外流式电磁流量计是一种新型的测量注入剖面流量的测井理想仪器,广泛应用于油田注水井、注聚井的流量测量.目前四电极外流式电磁流量计的研究主要在实际环境中开展,实验效率低、成本高.建立了四电极外流式电磁流量计的准确的有限元模型,将强耦合的方法应用在电磁-结构-流体耦合上,并在不同流速下开展了模型的响应及误差分析.研究表...     

圆管螺旋流局部起旋器与出口段流速分布

探讨了圆管螺旋流的局部起旋器，并在试验的基础上，对圆管螺旋流局部起旋器出口段周向流速和轴向流速分布特性进行了研究，同时分析了其形成的机理，研究表明，受水流惯性与黏性的作用，周向流速分布由部分断面渐变为全断面线性分布；轴向流速分布则受周向旋转水流运运作用，流速分布坦化为类对数分布，这对进一步研究圆管螺旋流输固具有重要的价值。     

弯径变化对超声波燃气表特性影响的研究

研究提高超声波燃气表线性度问题。由于要使超声波燃气表检测信号与超声波传播路径所在截面的平均速度呈线性关系,才能准确测出流量,但实际上超声波燃气表流道有弯道,弯道会引起二次流,从而影响超声波燃气表的测量精度与线性度。采用FLUENT软件对七种不同弯径的U型流道进行了三维仿真,通过比较入口速度与超声波传播路径所在截面的平均速度之间的线性关系,从中选择相对好的弯径。仿真结果显示,通过优化弯径来提高超声波燃气表的精度是一种可行的方法。     

弓形断面管道的紊流速度分布

针对弓形断面管道的紊流速度分布进行了研究。基于圆形断面管道紊流的理论基础之上。采用普朗特半经验理论公式,并且结合一定的似设条件来分析、推导弓形断面管道的紊流速度分布公式,并将公式用数值模拟来计算一定条件下的弓形断面管道的紊流速度分布,与大量的实验相对比,对比结果良好。从而说明了的研究方法及程序较好的模拟了弓形断面管道的紊流速度分布情况,为下一步研究淤积管道的解决方法提供了理论依据。     

管中紊流新探索

本文对管中紊流作了新的探索,求得的脉动切应力分布、流速分布、流量和断面平均流速、沿速程阻力系数的通用公式都能符合公认的试验资料,既揭示了紊流断面上的分层结构,又区别了紊流水力光滑区,过渡区和水力粗糙区的性质,还能计算断面上的能流过程.作者的假设吸取了Prandtl L. 混合长度假设中的合理内容,并作了进一步的改进和发展.     

基于实验铝合金激光小孔焊熔池表面速度计算

为了解决激光焊接铝合金熔池表面液态金属流动速度量值化问题,结合高速摄影装置与波动理论,提出了计算激光焊焊接过程中铝合金熔池表面液体流速的计算方法.根据有限深度液体流动模型,波速取决于液体波传播的波长以及液体深度这两个物理量,采用高速摄影对焊接过程中熔池的流动形态进行拍摄,得到进行波的波长;对焊缝截面的熔深进行测量得到液体的深度,可以计算熔池表面液体的流动速度.研究表明,在激光束功率为6 kW,焊接速度分别为0.066 7,0.075,0.083 5 m/s的高速焊情况下,熔池表面的流动速度可达0.065 8,0.064,0.072 m/s.     

圆管流体平均流速与管道半径的关系

根据尼古拉兹的几种流速分布计算公式,结合试验比较,推导出各种流态中平均流速与圆管半径的函数关系,从而为应用毕托管原理设计管道流量计提供依据．     

广义Maxwell速度滑移边界模型

针对存在挤压速度情形的近连续滑移流区微轴承内气体流动,基于气固界面Knudsen层内动量和能量通量的守恒,利用Grad13矩近似的速度分布函数,详细推导广义Maxwell速度滑移边界模型,给出了其与典型Maxwell速度滑移边界的差别.研究表明在不考虑壁面温度梯度和挤压速度影响时,所得到的广义Maxwell速度滑移边界模型与典型Maxwell速度滑移模型是一致的;通过在微尺度气体轴承流动控制方程应用,获得一套适于气体轴承内流动气固表面速度滑移边界数学模型.