[發明專利]管路中高壓流體壓力快速變動時的流型識別裝置和方法

無效

• 申請號: 201210095861.3
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102620905A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 李孝祿;李娟;李迎;許滄粟
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種流型識別裝置和方法，具體涉及一種管路中高壓流體壓力快速變動時的流型識別裝置和方法。

背景技術

高壓管路普遍存在于各行各業中，當管路中液體溫度較高且壓力頻繁震蕩時，就不得不考慮氣液兩相流流型的影響了。當高壓管路中液體的壓力降到飽和溶解壓力以下時，原本溶解在液體中的自由氣體(如空氣)就會有一部分釋放出來，并迅速向離散的氣核擴散，形成微小氣泡。當壓力繼續下降到液體的飽和蒸氣壓以下時，一些液體中的部分輕餾成分開始發生相變，生成的蒸氣也迅速在氣核附近聚集，形成小氣泡。這樣，高壓管路中的液體就以氣液兩相流的形態存在，氣泡中大部分是與液相同質的蒸氣，小部分是與液相不同質的自由氣體。相反，當高壓管路中的壓力升到高于飽和蒸氣壓時，氣泡中的蒸氣就會迅速變為液體，同時自由氣體也會溶解于液體中。但氣體溶解的速度遠小于氣體釋放的速度，當蒸氣全部變為液體后，液體中仍有一部分自由氣體氣泡。因此在壓力頻繁震蕩，特別是管路中最低壓力下降到液體的飽和蒸氣壓以下時，高壓管路中伴隨著氣泡的產生和破滅，管路中的介質就以氣液兩相流的形式存在。

氣泡在產生、發展和崩潰的過程中會伴隨著復雜的物理、化學現象，表現出強烈的振動、噪聲和對流道材料的侵蝕等。這會對管路中液體流動參數的測量和液體的流動產生很大的影響。強烈的振動和噪聲會使參數測量結果脫離實際，極不準確，這就會使測量行為失去意義。如果氣泡導致了管路中氣阻的形成，就會嚴重影響管路所在系統的工作性能，甚至會導致其完全失效。當氣泡大量產生并持續發展時，會對管壁產生嚴重影響，會使其變成蜂窩狀或海綿狀。

氣泡對高壓管路的影響很大，而且氣泡的數量和分布情況不同，影響的差異也不同。為保證高壓管路工作的有效性和安全性，以及測量的需要，就需要對其中的氣泡分布有比較深入的了解，即對氣液兩相流的流型進行識別。因此，氣液兩相流流型識別得到了各行各業的關注，發展很快，不斷有新方法出現。

自1954年Baker繪制出第一張流型圖以來，流型圖成了20世紀工程中判斷流型的主要方法。但流型圖只能定性判別，而且普適性不好，使用范圍非常有限。

各國學者在流型轉變關系式方面做了不少研究工作，但由于缺乏對流型轉變機理的深入研究，所建立的模型均存在一定誤差，而且不同學者得到的關系式并不完全一致。這阻礙了流型轉變準則在流型識別中的廣泛應用。

現代流型識別方法主要有直接測量法和間接測量法。直接測量法主要包括目測法、高速攝影法等。目測法和高速攝影法操作簡單，但流型識別依靠實驗者的主觀判斷，缺乏足夠的客觀依據。間接測量法包括過程層析成像法、壓力波動法和壓差波動法等。過程層析成像法的圖像重建算法復雜、重建質量差、軟場特性無法克服；壓力值受外界各種因素影響很大，甚至會使壓力信號淹沒。在氣液兩相流流型識別方法中，壓差識別法具有無可替代的優勢，可以滿足快速、準確和易于實現等要求，而且壓差識別法在高壓管路中具有現實意義。

對測量得到的壓差數據進行不同方式的處理，其流型識別精度也會產生很大差異。常用的數據處理方法有統計分析技術、傅里葉變換、小波分析、希爾伯特-黃變換(經驗模態分解)、信息融合等。對數據進行處理以后可以直接采用特征值來進行流型識別，也可以選擇樣本對分類器進行訓練，進而識別流型。后一種方法可以更方便、更迅速地對流型進行識別。常用的分類器有支持向量機(SVM)和神經網絡等。