工程热物理所气固流动特性研究取得新进展

　　目前，针对气固流动特性的研究主要基于理论分析、数值模拟和实验测量三种手段。电容层析成像测量作为一种可视化非接触测量方法，已经被用于气固流动过程的测量，可对流动过程的数值模拟结果进行验证，以及对数值模拟的模型进行修正。但这两种方法都是独立对流动过程进行测量和预测，二者之间并没有流动和测量信息的直接交互。

　　中国科学院工程热物理研究所循环流化床实验室将气固流动和电学测量结合，开展了对复杂气固流动过程的流固电耦合研究。以电容层析成像和气固流动过程为研究对象，建立了流固电耦合仿真平台，该平台可以实现流动信息和电容测量数据的直接交互。利用数值计算模型得到的实时的颗粒浓度分布可以作为参考分布来客观的评价电容层析成像测量方法的性能，包括传感器结构以及图像重构算法。另一方面，利用电容层析成像测量得到的颗粒浓度信息也可以代入计算流体仿真模型，提高模型的预测精度。流固电耦合模型的建立，预期形成一套完整的流动测量体系，用于实时、高精度的对流动过程进行测量。基于该方法，循环流化床实验室科研人员首次基于流固电耦合方法模拟了一个旋转装置中的液固两相流动，获得了在不同时刻的液固分布信息以及12电极电容层析成像传感器的电容数据。基于采集得到的电容数据，通过单步和迭代的电容层析成像算法，重构得到在不同时刻的固体颗粒浓度分布信息；参考耦合仿真得到的颗粒浓度分布，分析评价了在不同时刻、复杂流型分布下的图像重构质量。

　　该研究得到了国家自然科学基金面上项目和中英政府间项目(NSFC-RS)的资助，相关研究成果已经在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，IEEE Sensors Journal，Measurement Science and Technology，Chemical Engineering Science等国际期刊上发表。

　　图1 流固电耦合原理

　　图2 基于流固电耦合模型的图像重构算法对比

（工程热物理所供稿）