气液两相流相含率测量新方法研究

本文基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法基于新型六电极阵列式C~4D传感器,首先获取气液两相流电导信号,然后利用所获电导信号,结合LS-SVM回归方法分别建立三种典型流型(泡状流、环状流和层状流)的相含率测量模型。实际测量时根据流型选择相应的相含率测量模型,计算获得相含率。在内径为47.5 mm管径下进行相含率测量静态实验,研究结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是可行、有效的。在三种典型流型下的相含率测量最大绝对误差均小于9%。     

双环电导探针测量油水两相流相反转的实验研究

本文有别于常规观察法和压降法,采用自行设计的双环电导探针技术,根据油水混合物的电学特性来实验测定和判断油水两相流动中相反转的发生,实验中还同时测量了油水两相流的流动压降以及实验段内的平均截面含水率,以验证电导探针测量结果。实验结果表明:油水两相流相反转发生在水相表观速度较低而油相表观速度较高的情况下,可以通过双环探针的信号较精确地确定反相点发生的范围,该范围内油水两相流的流动佐证了压降陡增为相反转的发生。     

应用单相流量计测量油水两相流

为探讨单相流量计用于液液两相流参数测量的可行性和有效性,本文对文丘里管、涡轮流量计和椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量的响应特性进行了实验研究.文丘里管和涡轮流量计的实验管径为15 mm,25 mm,40 mm,椭圆齿轮流量计的实验管径为25 mm和40 mm.油水两相流总体积流量范围为1～5 m3/h,油含率范围为15%～85%.实验结果表明,文丘里管在高油含率时测得的油水两相流流量比实际流量偏大4%～5%.涡轮流量计的测量误差随油含率升高呈现增大的趋势,最大测量洪差小于5%.椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量时相对测量误差小于1.0%且基本不受油含率影响.     

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.     

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。     

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。     

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。     

Coriolis流量计在油水两相流中的误差特性研究

在油水两相流实验回路上,用Coriolis质量流量计对油水两相流中的流量和含水率的误差特性进行了实验研究。实测了含水率的相对误差随含水率的变化特性。实验结果也证明质量流量和体积流量的相对误差在含水率0-100％范围内都较小,且在同一含水率下,流量越大,精度越高。实验所用的Coriolis质量流量计通径为25 mm,实验范围为:体积流量1.2 m3/h～2.4 m3/h,含水率0-100％。     

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。     

超声多普勒水连续油水分散流流速测量方法

针对水连续油水分散流流速测量问题,提出了一种基于连续波超声多普勒的测量方法。测量传感器主要由一对中心频率为1 MHz的压电陶瓷超声换能器构成。发射探头向被测流体中发射连续的超声波,受到流体内运动的分散液滴散射后的声波被接收探头接收。根据多普勒效应,发射声波和接收声波的频率差与测量区域内散射体的运动速度成正比。由于分散相和连续相之间存在相对滑动,因此利用漂移模型对最终结果进行修正。对漂移模型中的参数进行基于油水两相流实际流动状态的理论分析,并通过实验数据计算漂移速度。实验结果表明,该测量模型对流型的依赖性很高,且漂移速度随着含水率的变化而改变,通过测量数据对该测量模型进行修正,最终结果的相对误差小于5%。     

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。     

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.     

垂直管内油水两相流局部相分布特性实验研究

应用双头电导探针测量系统,对垂直上升管内油水两相分散流局部相分布特性进行了系统测量。得到了油水两相分散流的局部含油率分布类型图。研究结果表明低折算水速和低折算油速条件下,局部含油率在实验段截面上呈抛物线型局部分布特征,局部最大值出现在实验段中心区域。随折算油速增大,油滴受到横向力如升力的作用,逐渐向实验段壁面区域迁移,形成局部含油率的壁面峰值分布特性。当折算水速大于0．8 m／s时,局部含油率在实验段截面上呈均匀分布。     

钢管和有机玻璃管油水两相摩擦压降比较实验

本文对水平放置的内径为40 mm的钢管和有机玻璃管内的油水两相流动摩擦压降特性进行了比较实验研究.从实验方面含水率和混合流速等因素对钢管和有机玻璃管内油水两相油滴分散流摩擦阻力压降规律的影响进行了详细研究.实验结果表明:含水率和混合流速是影响压降的主要因素;在本实验范围内,除了分层流区域以外,有机玻璃管内的油水两相摩擦阻力压力梯度大于钢管内油水两相摩擦阻力压力梯度.     

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。     

泡状流局部界面浓度实验与理论研究

应用高速数字摄像系统,首先对双头电导探针测量泡状流局部界面浓度的几种模型进行了标定和评价。使用标定好的双头电导探针技术,对垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度和含气率分布特性进行了深入的实验研究。试验段为内径40 mm的透明有机玻璃管。根据试验数据的分析结果,发展了一种垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度预测模型。在本文实验条件下,该局部界面浓度模型预测结果能够与实验数据很好地符合。     

油水两相流质量流量小波网络软测量模型研究

在工业过程中,油水两相流的测量非常重要.本文研究了一种油水质量流量的软测量方法.此方法采用V型内锥测量油水两相流差压信号,构建了一个多输入单输出的自适应小波网络用于逼近油水两相流质量流量模型,实现总质量流量的软测量.研究重点是均相的油水两相流在水平管道中的质量流量测量.实验结果表明,结合V型内锥差压测量和自适应小波神经网络的软测量方法可以应用于均相的油水两相流的总质量流量测量,测量误差较小.     

小通道气液两相流电容测量方法研究

本文设计了一套用于小通道气液两相流的电容测量系统,并对内径为1.6 mm、2.5 mm和3.6 mm的玻璃管气液两相流进行了实验研究.文中首先对电容方法在小通道下的应用做了探索性尝试,设计了用于小通道气液两相流的电容传感器;然后利用所设计的电容传感器对小通道气液两相流弹状流电容动态数据进行采集、处理和分析;最后利用相关原理对气弹速度的测量进行了研究.研究结果表明所提出的电容方法可用于小通道气液两相流的分析研究中,是一种有效的小通道气液两相流参数检测手段,并为小通道两相流检测的研究提供了一定的借鉴.     

油水两相流水包油流型多尺度排列熵分析

采用多尺度排列熵算法研究了垂直油水两相流水包油流型的多尺度动力学特性.首先,在内径为20 mm的垂直管道内采集了油水两相流水包油流型电导传感器波动信号,然后计算了不同流动工况下电导波动信号的多尺度排列熵值.研究发现多尺度排列熵率与均值可定量刻画水包油流型动力学复杂性;此外,提出了通过增量时间序列累积量与多尺度排列熵率联合分布识别三种不同水包油流型的新途径.     

基于静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量

建立了基于非接触圆环状静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量系统，并对稀相气力输送过程中不同含水率的颗粒进行了流动速度测量实验研究。结果表明：颗粒含水率严重影响静电与电容信号强度；颗粒流动过程中的低速聚团几乎不影响静电互相关速度测量结果，但会使得电容信号互相关速度偏离颗粒流动主流平均速度；通过对电容信号进行加窗处理可以准确提取颗粒流动过程中的主流平均速度和聚团速度。