طراحی و شبیه سازی عملکرد سامانه توموگرافی القای الکترومغناطیسی به منظور بازسازی تصویر از مقاطع جریان دوفازی جامد-مایع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

چکیده
سامانه­ های جریان چندفازی بخش مهمی از فرایندهای صنعتی هستند که از جمله آن­ها می­توان به صنایع غذایی، دارویی، نفت و پتروشیمی و همچنین کشاورزی اشاره کرد. به منظور پایش و کنترل این سامانه­ ها درون مسیرهای بسته، تعیین مشخصه­ های آن مانند جریان جرمی مواد، غلظت جرمی، غلظت حجمی، چگالی، سرعت و توزیع همگنی سیال عبوری امری ضروری است. یکی از روش­های نسبتا جدید پایش سیال درون لوله، توموگرافی (مقطع­ نگاری) القای الکترومغناطیسی است که مزیت اصلی آن عدم تماس حسگرها با سیال مورد مطالعه است. در این پژوهش طراحی و شبیه­ سازی عملکرد سامانه توموگرافی القای الکترومغناطیسی با جریان اعمالی مورد مطالعه قرار گرفت. سامانه مذکور شامل دو عدد الکترود حلقوی در قالب حسگر فرستنده و 196 کویل به عنوان حسگر گیرنده است. به منظور شبیه­سازی عملکرد این سیستم، سه موقعیت مکانی (R=0, R=0.35, R=0.65) برای شی هدف در نظر گرفته شد و بازسازی تصویر با استفاده از الگوریتم حل تکراری لندوبر و روش منظم­سازی تیخونوف انجام شد. برای بررسی کیفیت تصویر بازسازی شده پارامترهای خطای اندازه و میانگین مربعات خطا در ضرایب مختلف منظم ­سازی محاسبه شد. نتایج نشان داد که مقدار میانگین مربعات خطا با افزایش ضریب منظم ­سازی، افزایش و با نزدیک شدن شی هدف به دیواره مقطع کاهش می­ یابد. پارامتر خطای اندازه نیز با نزدیک شدن شی هدف به دیواره مقطع، کاهش می­یابد. کمترین و بیشترین مقدار خطای اندازه محاسبه شده مربوط به موقعیت مکانی R=0.65 و موقعیت مکانی وسط بود که مقادیر آن­ها به ترتیب برابر با 13/0% و 72/5­% به دست آمد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and Performance Simulation of Magnetic Induction Tomography System for Image Reconstruction of Solid-liquid Two-phase Flow

نویسندگان [English]

  • Jalil Taghizadeh-Tameh
  • Hossein Mousazadeh
  • Shahin Rafiee
  • Nazilla Tarabi
Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Faculty of Agricultural and Natural Resource, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Abstract
Multiphase flow systems are important parts of industrial processes, including the food, pharmaceutical, oil and petrochemical industries and also agriculture. In order to monitor and control these systems, it is necessary to determine its characteristics such as mass flow of materials, mass concentration, volumetric concentration, density, velocity and homogeneity distribution of fluid. Magnetic induction tomography is one of the new methods of monitoring fluid in pipelines. Its main advantage is that MIT sensors have no contact with the fluid flow. In this research, design and performance simulation of applied current magnetic induction tomography (AC-MIT) system was studied. The system included two annular electrodes as a transmitter sensor and 196 coils as a receiver sensor. In order to performance simulation of the system, three positions (R=0, R=0.35, R=0.65) were considered for the target object and the image reconstructed using Landweber iterative algorithm with Tikhonov regularization method. To evaluate the quality of the reconstructed image, size error (SE) and root mean square error (RMSE) were calculated in different regularization coefficients. The results showed that RMSE increases with increasing regularization coefficient and decreases when the target object approaches the cross-sectional wall. SE parameter decreases as the target object approaches the cross-sectional wall. The minimum and maximum values of the calculated SE were related to R=0.65 and middle position, equal to 0.13 % and 5.72%, respectively.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Annular electrodes
  • Coil
  • Electrical conductivity
  • Iterative solution method
  • Magnetic induction tomography