基于C~4D技术的气液两相流相含率测量新方法

本文提出了一种基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术的气液两相流相含率测量新方法。研究工作主要包括两部分:1)研制一种新型六电极C~4D传感器;2)作为初步研究,利用新型六电极C~4D传感器对气液两相流(层状流)进行相含率测量实验。研究结果表明,C~4D技术应用于气液两相流相含率测量是可行的,研制的新型六电极C~4D传感器是有效的,C~4D技术有望为气液两相流相含率测量提供一条有效的新途径.     

基于非接触电导的气液两相流参数检测系统

研究了电容耦合式非接触电导检测技术(C~4D)应用于气液两相流测量的可行性,建立了一套基于非接触电导的毫米级气液两相流参数检测系统。利用所建立的系统,在内径为5 mm,9 mm的水平管上进行了气液两相流实验,获得了不同流型下的电导测量信号,并对段塞流、波状流、泡状流和环状流四种典型流型下的电导信号进行了分析与比较。研究结果表明,所建立的基于非接触电导的气液两相流参数检测系统是有效的,C~4D技术应用于气液两相流参数测量是可行的。不同流型下所获的电导信号特征均表现出明显差异,有望用于流型辨识。     

电阻层析成像技术在两相流测量中的应用

过程层析成像技术能实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二／三维测量信息,它为解决两相流参数的检测问题提供一种新的途径。本文以基于电学敏感原理的电阻层析成像技术为测量手段,实现在多相流实验装置上对气／水、油／水两相流二维／三维时空分布信息的实际测量;介绍了基于测量数据特性分析的在线流型识别技术和相含率的估计方法,应用现代数据处理和模式识别技术进行数据融合与提取,实现两相管流流型识别和分相含率的估计;通过开展相关测量的研究,初步实现两相流中离散相流量的测量。     

两相流流型多尺度熵及动力学特性分析

研究了几种典型非线性时间序列的多尺度熵特征,在此基础上分析了由插入式阵列电导传感器采集的144种流动条件下的垂直上升气液两相流电导波动信号.研究结果表明：利用小尺度下样本熵的变化速率特征可以分辨三种典型流型（泡状流、段塞流、混状流）,而大尺度下样本熵的波动特征可以反映各种流型的动力学特性.泡状流随机可变特性表现为大尺度下样本熵的高值及振荡特征;段塞流气塞与液塞的间歇性运动表现为大尺度下样本熵的低值及平稳性;混状流极不稳定的振荡运动特性表现为介于泡状流及段塞流之间的熵值特点,并在更大尺度时熵值逐渐接近泡状流 关键词： 样本熵 多尺度熵 气液两相流 动力学特性     

两相流流型动力学特征多尺度递归定量分析

基于垂直上升管中测取的气液两相流电导波动信号,采用递归定量分析方法,从多尺度角度研究了气液两相流泡状流、段塞流及混状流三种典型流型的动力学运动特征.研究结果表明,低频泡状流及混状流在递归图表现为沿对角线方向比较发育的混沌递归线条纹理特征,表明了低频运动的泡状流及混状流具有较好的确定性运动行为,而随着泡状流及混状流运动频率增加,混沌递归特征变差,其运动特征逐渐向随机方向发展.对于段塞流,在混沌递归图上逐渐呈现间歇的矩形块纹理结构,且段塞流中液塞与气塞的间歇运动特征出现在高频段,而段塞流中的泡状流运动则出现在低频段上,且随着泡状流运动频率增加,泡状流逐渐失去确定性运动行为.表明了基于电导波动信号的多尺度非线性分析方法是理解与表征气液两相流动力学特性的有效途径. 关键词： 两相流 流动特性 多尺度分析 递归分析     

多元时间序列复杂网络流型动力学分析

针对气液两相流流动特性,利用有限元分析方法设计变曲率对壁式电导传感器.采用设计加工的传感器在多相流装置上进行气液两相流动态实验,并测得多组对应于不同流型的电导波动信号. 基于测量数据,采用多元时间序列复杂网络构建算法构建对应于不同流型的复杂网络.在此基础上, 对网络的社团特性进行了分析, 研究发现,不同的社团结构对应于不同的流型,而社团内部网络特征可有效刻画不同流型内在动力学特性.多元时间序列复杂网络分析可为两相流流型演化动力学特性研究及流型识别提供新理论、开拓新途经.     

小管径气液两相泡状流双电导阵列探针测量方法

针对气液两相流局部流动参数测量问题,采用沿管道径向等间距放置的五路双电导阵列探针测量法。首先,利用有限元法模拟分析了不同尺寸运动气泡对电导探针输出响应影响,发现气泡对探针有效检测域的作用强度明显受气泡大小及其运动轨迹影响;然后,根据双电导探针电场分布特性对其几何尺寸进行了优化,分析了双电导探针的灵敏场分布特性;最后,通过垂直上升气液两相流泡状流动态实验,获得了双电导探针对气液两相流分散相局部体积含率、局部流速及泡径尺寸测量结果。     

油水分散流超声互相关流速测量方法

针对水平管道中油水分散流流速测量问题,提出一种基于超声互相关的测量方法。通过在水平管道上间隔一定距离的上下游安装两对超声探头获取油水两相流流动过程中的随机波动信号,针对离散相和连续相之间的相对滑动,将互相关方法与漂移模型和运动波理论相结合,并考虑流速分布和含率分布对流速测量带来的影响,在连续相不同的情况下分别建立两相流总表观流速的测量模型,并采用油水两相流实际流动状态的实验数据计算模型参数。结果表明,测量模型对流型具有依赖性,漂移速度是离散相含率的函数。通过实验数据对模型进行验证,针对不同流型选取不同参数计算得到的总表观流速与实际流速能够较好吻合,相对误差在6.12%以内。     

基于随机子空间结合稳定图的气液两相流型分析

研究了几种典型气液两相流流型的稳定图特征,并应用随机子空间方法对47种流动条件下的流型 信号进行了识别.研究结果表明:稳定图特征能够反映出复杂时间序列的内部特征,利用其提取的直线度特征 值可以对时间序列的特征进行量化分析,三种典型流型的稳定图特征差异较明显,泡状流的稳定图特征最为 混乱,雾状流次之,段塞流最为规整.应用随机子空间方法对气液两相流图像灰度波动序列进行特征向量提取 和辨识,通过幅值以及相角的分布特征能够对不同工况下的流型样本进行准确分类,为多相流的分类提供了 一条新路径.同时基于稳定图的分析方法为进一步揭示多相流的流动机理提供有益的探索.     

螺杆槽道内气液两相流流型及压降特性研究

本文应用高速摄像技术对螺杆槽道内气液两相流的结构特征进行可视化研究。分析了螺杆槽道内三个视角下的气液两相流型图的变化趋势,并将螺杆槽道的气液两相流型图与Taitel流型图的流型转换边界进行对比分析。在均相流一维的压降计算模型的基础上,本文通过实验数据拟合得到螺杆槽道全液相摩阻倍增系数,分析质量含气率及液体流速对螺杆槽道压降的影响。     

基于PSD原理的小管道两相流参数光学测量

针对小管道两相流参数测量问题,本文提出了一种基于PSD工作原理的光学测量新方法。该方法利用两相弯曲界面使光路发生偏转的特性,根据光电池输出信号判断相界面两侧的相分布情况和两相流的流动方向等信息。实验结果表明,该新方法可用于小管道气液两相流的研究,是一种有效的小管道两相流参数测量手段。     

一种局部相含率测量方法

在局部电导探针和单丝电容探针的基础上,提出一种新型局部电容探针,用于测量两相流的局部相含率。静态研究表明,局部电容探针能够测量空气水两相流的局部相含率,测量结果不受导电相电导率变化的影响。从工业蒸馏水变化到饱和食盐水(NaCl的质量分数0～5%),局部电容探针输出结果没有明显变化。电极距离在0～30 mm的范围内变化,测量结果变化小于1%。动态实验表明,局部电容探针测量的两相流的局部相含率,能够很好反映流动过程(以弹状流为例),和实验观察结果完全一致。只需要设置简单的阈值大小,就可以得到相含率的大小。     

气液两相流波动信号的时频谱分析研究

为了研究气液两相流不同流型的动态特性,通过小波变换、希尔伯特-黄变换及自适应最优核三种时频方法对气液两相流动态差压信号进行处理.通过对时频谱的分析,可以清晰看出当流型从泡状流向弹状流、塞状流的转化过程中,信号的主要能量由15—35 Hz之间的频带向0—8 Hz频带转移,在弹状流时出现了两个谱峰.实验结果表明:希尔伯特-黄变换及自适应最优核方法的时频分辨率比小波分析高.基于自适应最优核方法的脊信息的提取,克服了模糊平面加窗效应的影响,对气液两相流动态信号表现出更高的时频分辨率,并增强了时频平面信息的可读性. 关键词： 气液两相流 流型识别 希尔伯特-黄变换 自适应最优核     

基于超声非线性参数的油水两相流相含率检测

超声法相含率检测,主要基于声速与声衰减这两个声学参数计算流体的分相含率。然而,对于油水两相流,油与水的声速与声衰减差异较小,检测灵敏度较低。相比之下,油水两相介质的超声非线性参数区别较大,在检测灵敏度上有明显优势。本文提出了基于超声非线性参数的油水混合物相含率检测方法,以油水两相混合液体中超声非线性传播模型与混合液体超声非线性参数的混合定则为基础,归纳含水率对流体超声非线性参数的调制规律。结合插入比较法的非线性参数测量方法,明确含水率与二次谐波幅值的关系基础上,构建相含率测量模型,实现油水混合流体相含率准确测量。     

油水两相流含水率测量组合传感器

针对水平管油水两相流中水相导电时,实现含水率0~100%范围测量问题,提出一种用于油水两相流含水率测量的电导和电容组合传感器。根据两相流中连续相的不同,选择不同传感器测量数据实现含水率的测量。通过对油水两相流实验测试数据的分析,得到电导和电容传感器在全含率范围测量时的响应特性,并实现传感器间数据选择。实验结果表明,含水率25%是传感器切换关键区域。将电导和电容传感器测试数据与含率测量模型结合,可实现含水率的全范围测量,测量结果具有较高的精度和良好的线性度。     

差压法测量两相流相含率的研究

本文通过差压式测量方法,对气液两相流中含气率及油水两相流中含水率的测量进行了深入的试验研究。通过水平及垂直上升段的结构组合,测量气液两相流中的含气率值,在对流型测量与分析的基础上,建立了不同流型下垂直上升段与水平段摩擦压降间的修正关系式,减小了测量误差;通过采用一缓流的垂直下降段,测量油水两相流中的含水率值,获得了好的结果。     

基于V型内锥流量计测量气/水两相流的研究

V型内锥流量计是近年来被广泛关注的新型差压式流量测量装置,开展V型内锥流量计在两相流测量中应用的研究,可以拓展其适用范围,为解决两相流测量提供一种新的工具.本文针对水平管道(50 mm口径)中的气/水两相流,应用等效直径比β=0.65的V型内锥进行了实验研究,介绍了流出系数的标定方法,及分相模型下V型内锥修正系数θ的确定步骤,并应用基于流型修正的林宗虎关系式实现了气/水两相流测量,验证了采用V型内锥流量计测量气/液两相流的可行性.     

基于电容法的小通道气液两相流参数检测系统

设计了一种可用于小通道气液两相流参数检测的电容传感器,并建立了相应的检测系统。对4.0 mm、3.1 mm、1.8mm三种小通道内气液两相流参数检测和流动特性分析问题进行了研究。实验结果表明研制的电容传感器和建立的检测系统是有效的,所获电容信号的傅立叶与小波变换结果能够用于流动特性刻画,有效地反映了多种管内流型的流动特性。     

微重力条件下90°弯管气液两相流型研究

本文报道了微重力条件下90°弯管内气液两相流型实验结果。弯管内径12.7 mm,弯曲半径76.5mm,气、 液两相表观流速分别为1.0—23.6 m/s和0.09—0.5 m/s。本文分析了观测到的弹状流、弹-环过渡流和环状流的典型特 征,比较了与微重力直管内相应流型间及常重力弯管两相流型间的异同。     

气液两相流电导波动信号复杂性测度分析及其流型表征

为了考察从时间序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系，本文首先讨论了三种复杂性测度(Lempel-Ziv复杂性、功率谱熵和近似熵)对周期信号、随机信号、混合随机信号和混沌信号的识别能力，然后分析了时间序列长度对复杂性计算的影响.在此基础上，从实际测量的80种垂直上升管中气液两相流电导波动信号中提取了这三种复杂性测度，结果表明：三种复杂度对两相流流型变化是敏感的，通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析，可以得到气液两相流动力学结构反演特征，为揭示气液两相流流型转化机理提供了一种有效的辅助诊断工具. 关键词： 气液两相流 Lempel和Ziv复杂性 功率谱熵 近似熵