一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法

本发明涉及液态金属重建成像，具体是涉及一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法。

背景技术：

1、铅铋冷却快堆具备固有安全性、较高的能量密度和较长的燃料循环寿期等特点，是第四代核反应堆研究的重点堆型，这得益于液态态铅铋合金(lead-bismuth eutectic，lbe)具有优异的中子学特性，物理特性，传热特性和高热容量，由于铅与铅秘合金在高温和高速流动下会对结构材料产生较强的腐蚀作用，堆芯沉积的腐蚀产物容易引起堵流事故，另外燃料元件的热膨胀和辐射肿胀也会导致堵流事故的发生，发生堵流事故时，堵块附近冷却剂的流通面积减少，堵块后方出现回流区，导致流动传热恶化，局部温度显著升高，威胁包壳完整性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的由于铅与铅秘合金在高温和高速流动下会对结构材料产生较强的腐蚀作用，堆芯沉积的腐蚀产物容易引起堵流事故，另外燃料元件的热膨胀和辐射肿胀也会导致堵流事故的发生，发生堵流事故时，堵块附近冷却剂的流通面积减少，堵块后方出现回流区，导致流动传热恶化，局部温度显著升高，威胁包壳完整性的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，包括：

4、s1、确定待分析的液态金属流体；

5、s2、构建液态金属流体的电位分布的正演模型；

6、s3、根据正演模型进行分析，获取速度重建公式；

7、s4、采用重建算法对速度重建公式进行反演计算，确定液态金属流体的剖面速度；

8、s5、对上述步骤进行仿真分析。

9、优选的，所述待分析的液态金属流体具体为液态铅铋合金。

10、优选的，所述构建液态金属流体的电位分布的正演模型具体包括如下步骤：

11、通过emft模型对含有时谐电场强度e＝e(r)和磁场强度h＝h(r)的麦克斯韦方程组进行变换：

12、

13、式中，是位置矢量；ω为emfft传感器的三维区域；μ为磁导率；ε为介电常数；j为电流密度，即：

14、j＝σe+σ(v×b)+jα；

15、式中，σ为电导率；σe项是欧姆电流；σ(v×b)项是当导电流体在是外加磁场中运动时产生的洛伦兹力引起的；jα为外部施加的电流密度；

16、在emft模型中，当不存在外部施加的电流密度时，即jα＝0，为了不影响液态金属流体的流动，外部施加的磁场激励信号为低频信号，此时，ω≈0，式(1)和式(2)改写为：

17、

18、式(3)中，中电场e也可以表示为u＝u(r)是标量电势；将代入式(4)中，取散度，得液态金属流体的电位分布的正演模型：

19、

20、当旋度算子的散度总是零，电导率σ为已知或恒定，且v和b已知时，在适当的边界条件下，由式(5)可得液态金属流体的电位分布u，边界条件设置为：

21、

22、式中，为向外单位法线；为域ω的表面；为液态金属流体在管道中流动管道的表面；为液态金属流体在管道中流动管道的两端。

23、优选的，所述根据正演模型进行分析，获取速度重建公式具体包括如下步骤：

24、由瑞利-卡尔松互易定理可知，在线性各项同性介质中的两组源je1和je2，在介质中同时或分别独立产生电场e1和e2，将域ω设置为包含源的无限空间，即：

25、∫ω(je1·e1-je2·e2)dω＝0； (7)

26、式(7)中，下标1和2的物理量分别对应实际过程和互易过程中的物理量；

27、电流密度je2的具体计算公式为：

28、

29、式(8)中，u2为互易电位，je2为互易电流密度；

30、当液态金属流体的速度发生微小扰动时，电压同步产生扰动，由式(5)可得：

31、

32、将式(9)结合格林函数积分解，有：

33、

34、将式(10)减去初始电压值，获得由速度扰动引起的电压变化，即：

35、

36、通过矢量恒等变换，可以得到：

37、

38、将式(12)代入式(11)中，有：

39、

40、对式(13)进行计算分析，确定检测量u和目标量e之间的非线性关系，获取灵敏度公式，即：

41、δu＝∫ω-e2(σδv×b)dω＝∫ω(σb×e2)δv； (14)

42、sv＝σ(b×e2)； (15)

43、式中，m和n分别表示独立测量和像素的数量；σ为液态金属流体的电导率，b为未发生速度扰动时，由激励线圈产生的磁场和正常流动产生二次场叠加的磁场；

44、在emft模型中，外加磁场作用下电极i和电极j之间的电位差与扰动前后的测量值相减得到电压差之间的变化量，有：

45、δu＝s·v；(16)

46、式中，δu是m×1维的检测电压向量；v是n×1维的速度分布矩阵；s是m×n维的灵敏度矩阵。

47、优选的，所述采用重建算法对速度重建公式进行反演计算，确定液态金属流体的剖面速度具体包括如下步骤：

48、通过线性反投影算法对灵敏度矩阵s的转置矩阵进行计算，即：

49、

50、式中，vz为重建速度剖面；

51、通过标准tikhonov正则化法对式(16)进行反演计算，有：

52、

53、式中，λ为正则化参数；in为单位矩阵。

54、与现有技术相比，本发明提供了一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，具备以下有益效果：

55、本发明通过对正演模型的搭建，随后得出灵敏度公式所需的数据，采用lbp和tikhonov正则化方法重构速度场，在进行任何测量之前，只要预先计算出正演模型、互易过程中相对应的矩阵，所提出的线性重建方法只需要少量中等大小的矩阵向量乘法，因此，该方法可以在线估计速度场，在常见的两种堵塞情况中对该方法进行了数值模拟，该方法可以较为准确的表现出发生堵塞后的流动情况。

技术特征：

1.一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，其特征在于，所述待分析的液态金属流体具体为液态铅铋合金。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，其特征在于，所述构建液态金属流体的电位分布的正演模型具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，其特征在于，所述根据正演模型进行分析，获取速度重建公式具体包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，其特征在于，所述采用重建算法对速度重建公式进行反演计算，确定液态金属流体的剖面速度具体包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种非接触式感应流动层析成像的实时重建方法，涉及液态金属重建成像技术领域，包括确定待分析的液态金属流体；构建液态金属流体的电位分布的正演模型；根据正演模型进行分析；采用重建算法对速度重建公式进行反演计算，确定液态金属流体的剖面速度。本发明通过对正演模型的搭建，随后得出灵敏度公式所需的数据，采用LBP和Tikhonov正则化方法重构速度场，在进行任何测量之前，只要预先计算出正演模型、互易过程中相对应的矩阵，所提出的线性重建方法只需要少量中等大小的矩阵向量乘法，因此，该方法可以在线估计速度场，在常见的两种堵塞情况中对该方法进行了数值模拟，该方法可以较为准确的表现出发生堵塞后的流动情况。技术研发人员：韩磊,杨文荣,张婉莹受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2