[发明专利]一种针对多相流动系统中CT射线硬化的校正方法

说明书

技术领域

本发明属于多相流动测量技术领域，具体地说，本发明涉及一种CT 射线硬化校正参数的获取方法。

背景技术

多相流动广泛存在于工业生产中。多相流动系统是一典型的复杂系 统，其内部的非均匀结构具有多尺度的特征，在远离平衡的条件下，操作 参数的微变不仅影响着微观尺度的结构，而且可能导致整个系统宏观结构 的巨变，极大的影响了反应器的性能。深入研究和控制多相流装置，需要 以可靠的实验数据作为基础，其中，装置截面物料浓度分布的测量是一项 重要的内容。

目前常用的多相流浓度测量方法包括光纤探针法、电容探头法、取样 法、CT法等。其中前三种方法都需要将测量部件插入反应器内部，这样 的弊端有二：一是测量部件会对流场产生干扰，使得测量结果失真；二是 反应器内部颗粒互相摩擦产生大量的静电进而会干扰测量仪器的正常工 作。CT作为一种非干扰式的无损检测手段，近年来引起多相流测量领域 的极大关注，目前已经应用于气-液、气-固系统的实验研究(参见参考文 献1：Chaouki，J.Larachi，F.and Dudukovic，M.P.，Industrial & Engineering Chemistry Research，1997，36，4476-4503)。

CT测量的工作流程一般为：被测物置于CT机械转台的中央，CT机 的射线源与探测器相对固定于转台上，射线源发射出的射线经过被测物衰 减后，由探测器检测到衰减后的射线强度。随着转台的旋转，采集不同角 度下被测物对射线的衰减信息，对采集的原始数据进行前处理后，根据相 应的算法进行图像重建，得到被测物的二维截面图。CT的重建算法主要 可分为两大类：滤波反投影(FBP)和数学迭代法(ART)，(参见参考文 献2：Kak and M.Slaney，Principles of computerized tomographic imaging， IEEE Press(1988))。制约CT测量精度的因素有很多，如射线源的能量选 择、探测器的间距和数量、源与探测器之间的距离等。这些因素决定了 CT的开发具有针对性，如医学上的CT就分为胸腔CT、颅骨CT等不同 种类。工业领域应用的CT，针对性更强。且CT的工作原理决定了CT的 测量结果不可避免的具有时均性。从最原始的移动-旋转工作模式的一代 CT到目前的多源多探测器的五代CT，测量时间由小时级缩短到秒级，但 CT的工作原理决定了它是一种时均测量方法，无法得到被测物的瞬时截 面图，这就意味着如果被测物不是绝对静止的，得到的断层重建图将存在 运动伪影。对于测量静态模型的工业CT，时均性仅决定了测量的周期， 对测量结果影响不大，但对于多相流动系统，被测物的运动对测量结果的 影响是不可忽略的。

由于CT射线源发出的X射线是一连续能谱，因此，在射线穿过被测 物时其衰减是非线性的，被测物会首先将低能部分的射线衰减掉，从而使 得射线的穿透能力增强，即一般意义上的“变硬”，这一过程称为射线硬 化。实验测量中，需要针对射线对被测物的硬化特性添加滤片，将射线能 谱的低能部分滤掉，从而使射线能谱更接近于理想的单能谱，从而使测量 结果真实可信。

CT，尤其是工业CT开发之前，需要进行大量的实验对CT的硬化校 正参数进行优化。对于静态的测量对象，可以用特定的标准物标定CT， 通过重复实验达到这一目的。但对于多相流动系统，几乎不可能得到一段 精确可重复的流场供CT进行实验优化硬化校正参数，因此，目前对于多 相流的研究，或者直接采用医学CT，或者使用静态模型代替多相流场， 总之，多相流动对CT硬化校正产生的影响，目前缺乏定量的研究方法。

发明内容

本发明针对CT应用于多相流动测量时无法定量确定硬化校正参数这 一难题，提出一种通过计算机模拟多相流场和CT扫描，定量的确定扫描 对象为多相流场的硬化校正参数，为CT的设计开发节省大量的人力物力 财力。

为了实现这一目的，本发明提供的针对多相流动系统中CT射线硬化的 校正方法，包括如下步骤：

1)利用流体力学软件生成多相流动系统的模拟流场；

2)选取模拟流场的一个二维截面，得出该二维截面的流场数据；

3)选取不同滤片的材料和厚度，模拟CT对所述二维截面进行扫描的过程， 分别得出对应于不同滤片材料和厚度的模拟二维重建图像；