《摻氫天然氣組分的超聲監測方法研究》是依託華中科技大學，由朱明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：摻氫天然氣組分的超聲監測方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱明
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
天然氣摻入電解氫被認為是解決我國大規模風電、光電消納問題的有效途徑之一，是我國建立能源網際網路的基礎步驟之一。然而，當前尚缺乏一種實時強、壽命長、維護低、價格低的摻氫天然氣組分監測方法。在美國廣泛套用的聲速天然氣濃度感測技術為本項目的研究指出了方向。本項目提出的摻氫天然氣組分超聲監測方法，首先研究將分子轉動弛豫歸入振動弛豫的氣體聲弛豫理論；進而得到摻氫天然氣及其組分（特別是缺乏結果的輕烴氣體）的超聲傳播理論模型；重點研究各組分的弛豫幅值強弱特性、弛豫頻率強弱特性、聲速強弱特性，提出一種聯合聲弛豫、聲吸收和聲速的摻氫天然氣組分監測方法；並解決因天然氣管道內氣壓增大等效於聲工作頻率變小，造成測量頻點低於聲弛豫作用區的問題，最終獲得摻氫天然氣組分的可實用化超聲監測方法。本項目的實現不僅將為我國新興的摻氫天然氣產業鏈，提供一套可影響其定價權的實時監測技術，更可為我國建立能源網際網路提供基礎感測技術。
結題摘要
天然氣摻入電解氫是利用再生能源解決即將枯萎的化石能源的有效途徑。獲得一種實時強、壽命長、維護低、價格低的摻氫天然氣組分超聲監測方法，是本項目的核心研究目標。本項目首先建立了氫氣轉動聲弛豫的複合有效熱容隨聲頻率變化的解析形式，其結果與實驗數據一致性好；然後獲得了氫氣轉動聲弛豫的解耦合模型，與項目組已有的氣體振動聲弛豫解耦合模型聯立統一，建立了一種轉動弛豫與振動弛豫相結合的摻氫天然氣聲弛豫理論模型，以氫氣、甲烷、二氧化碳、氮氣、氧氣等各種混合氣體為目標，獲得了聲弛豫吸收譜和聲速頻散譜，且與眾多國外學者的實驗數據相吻合；還獲得了一種基於聲速頻散分解的氣體分子聲弛豫快速測量方法，為缺乏量子物理弛豫參數的天然氣中烴類氣體，如乙烷，找到了一種簡單快速的聲學測量方法，為全面建立摻氫天然氣的超聲傳播模型奠定了理論和實驗基礎。基於已建立的摻氫天然氣超聲傳播理論模型，本項目獲得了多種摻氫天然氣的超聲監測方法，包括：（1）基於單頻率點聲速頻散和弛豫聲吸收測量值的摻氫天然氣監測方法；（2）基於聲速頻散強度變化率的摻氫天然氣成分探測方法；（3）基於聲速譜拐點的摻氫天然氣探測方法；（4）基於聲弛豫+深度學習的摻氫天然氣組分檢測方法。另外，本項目還獲得了基於改進的弛豫譜峰值作用區和基於有效熱容分解的兩種低品質天然氣超聲監測方法。這些方法，對摻氫天然氣即可進行快速簡單的定量監測，還可突破性的進行定性探測。同時，本項目建立了一套可承受30個大氣壓的摻氫天然氣超聲監測系統原型，內含7組不同頻率的超音波換能器測量模組，獲得了多種混合氣體的聲吸收譜和聲速頻散譜實驗數據，為本項目的理論研究成果提供了有力的支持，並獲得了發明專利“一種基於超音波換能器的通用氣體測量方法及裝置”的授權。綜上所述，本項目順利完成了申請時的預期研究目標：建立了摻氫天然氣的超聲傳播理論及模型，獲得了摻氫天然氣的超聲監測方法，並研製了感測系統原型。
