仪器仪表学报

作者：王蜜，刘杰贵，佟凯杰，崔雪丽，方立德

单位：王蜜,1.河北大学质量技术监督学院保定071002； 2.计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002,wangmi@hbu.edu.cn,刘杰贵,1.河北大学质量技术监督学院保定071002； 2.计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002,liujiegui@stumail.hbu.edu.cn,佟凯杰,1.河北大学质量技术监督学院保定071002； 2.计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002,,崔雪丽,1.河北大学质量技术监督学院保定071002； 2.计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002,,方立德,1.河北大学质量技术监督学院保定071002； 2.计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002,

关键词：流固两相流;超声衰减法;颗粒粒径;颗粒浓度;参数反演

基金：河北省自然科学基金项目(F2024201038)、河北大学高层次人才科研启动项目(521100222043)、河北省教育厅在读研究生创新能力培养资助项目(CXZZSS2025003)资助

随着工业流程的精密化发展，流固颗粒两相流体系在化工、能源等领域的应用日益广泛。根据连续相介质的不同，流固两相流可分为气固和液固两相流，其中颗粒粒径和浓度特征参数的精确测量对于过程控制和效率优化至关重要。针对经典超声衰减模型难以适应不同介质种类且无法覆盖全波长范围这一问题，基于热粘性声学物理场数值模拟方法，分析经典理论模型的优势与不足，采用McClements模型和BLBL模型的耦合叠加方法，实现不同衰减机制的综合表征，建立了适用于低浓度流固两相流在全波长区的超声衰减McBL模型，结合粒子群算法实现了对颗粒粒径与浓度的同步反演，将仿真衰减系数作为反演输入，初步验证该模型的适用性。仿真结果表明，与仿真模型的颗粒参数相比，反演获得的颗粒平均粒径和浓度，误差均在±15%以内。此外，搭建了超声衰减实验装置，采用双频透射法测量流固颗粒两相流的超声衰减系数，并利用McBL模型结合粒子群算法对实验衰减系数进行反演计算，反演输出颗粒平均粒径和浓度。实验结果显示，与激光粒度仪测量结果对比，颗粒平均粒径误差在±10%以内，进一步验证了McBL模型结合粒子群算法在流固两相流全波长区特征参数反演中具有较高的准确性，该研究对流固两相流特征参数的在线精确测量具有重要意义。

来源：2025年第5期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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