超声多方法融合测量变参数液固颗粒两相体系研究

在纳米材料、能源、化工、制药等许多领域存在一类变参数液固颗粒两相流体系，如反应法制备纳米晶体材料等过程，水煤浆的生产过程等。在这些过程中晶体或颗粒的粒度和浓度随时间逐渐变化，同时参与反应的流体介质的成分和粘度等参数也在发生变化。对这类系统的在线监测和控制还很困难，通常的取样法或光散射在线测量方法或会因取样而破坏反应条件，或因浓度过高而无法测量。本申请将研究超声在这类体系中的传播机理、模型和求解算法，在此基础上研究基于超声多方法融合在线测量这类体系中颗粒粒度分布、浓度和粘度的方法，包括研究窄脉冲激励宽频多波长超声衰减谱、速度谱和复阻抗谱的测量方法以及复阻抗谱与液体粘度、颗粒相粒度和浓度的关系，超声横波与纵波耦合求解方法等，最终提出一种非侵入的在线测量变参数液固颗粒两相流体系中颗粒粒度及分布、浓度和粘度的新方法。

高浓度固液颗粒两相流中的颗粒粒径分布，浓度，粘度及混合物密度的检测，在很多行业中具重要应用背景和科学意义。超声法因其具有的高穿透性、非接触、在线测量等诸多优点，正得到越来越多研究者关注。但现有基于声衰减谱的高浓度理论无论是Core-Shell 模型还是耦合相模型均存在信息量不足的缺点。本基金项目“超声多方法融合测量变参数液固颗粒两相体系研究”的研究内容紧密围绕两相体系中的多种参数的内在关联和同时表征的方法，研究时间节点从2011年1月至2013年12月。在此期间，研究组人员严格按照资助项目计划书的承诺，从颗粒两相流中声波动理论出发，先后研究采用单次/多次反射法同时测量固液颗粒两相流中高频宽带超声波声阻抗、声速与声衰减，最大限度获取超声信息量，重点探讨包含粘度、颗粒度、浓度等多信息测量的融合方法，并将耦合相理论模型拓展至包括散射，热传递耗散的更一般情形，结合自行发展的数据反演算法，最终形成了一种能快速，准确对固液颗粒两相流进行在线测量并具有自主知识产权的方法。 根据我们的研究，我们在国内外期刊发表论文20篇，其中SCI/EI检索（刊源）10篇；组织和参与组织国内学术会议4次，参加国际会议20人次，国内会议25人次，会议特邀报告6人次，在国际和国内会议中发表论文15篇；目前已经获得发明专利6项，实用新型专利9项。获得上海市自然科学二等奖1项。同时，在基金项目的支持下，制定国家标准1项。项目支持培养了博士研究生3名，硕士研究生15名，培养青年教师4名。达到了项目书的预期目标。