[發明專利]基于電學與超聲敏感原理的多相流可視化測試方法

有效

• 申請號: 201410328237.2
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104089985A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 董峰;董虓霄;譚超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;G01N27/22;G01N29/032
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于流體測量技術領域，涉及一種電學與超聲雙模態多相流可視化測試方法，可實現多相流分相含率與流速等參數的在線獲取以及流動狀態的可視化監測。本發明以油/氣/水多相流測量為描述對象，但并不僅限于該應用，在其他工業過程和化學反應中存在的多相流動現象中，本發明的測試裝置仍適用。

背景技術

在工業生產與日常生活中廣泛存在著多相流動現象。多相流中的“相”定義為物質的存在形式，即氣態、液態或固態，因此多相流即為具有兩種或兩種以上“相”物質同時流動的流體。多相流現象廣泛存在于能源、動力、石油、化工、冶金、醫藥等工業過程中，在工業生產與科學研究中有著十分重要的作用，對其流動過程監測和描述、以及對流動過程參數的準確檢測也給工程師和科研人員提出挑戰。近年來，國際上對多相流的研究興趣在持續增長，其原因在于多相流不僅在一系列現代工程中得到廣泛應用，而且對促進這些工程設備的發展和創新也起到了重要作用。

由于多相流各相間存在界面效應和相對速度，相界面在時間和空間上均呈隨機變化，致使多相流的流動特性遠比單相流復雜，特征參數也比單相流多。多相流過程參數檢測策略隨著工況與對象屬性變化，可以利用的物理現象與關系很多，因此檢測手段也多種多樣。檢測方式可分為兩大類：直接法與間接法。直接法指的是對象參數能通過測量直接得到，而間接法需要在測量值(輔助測量值)與被測參數間建立關系式通過計算得到，即“軟測量”方法。在多相流測量領域內，許多直接采用單相流儀表的檢測方法屬于直接法，而新興的檢測技術則多采用軟測量的方法，如電學法、超聲法以及射線法等。在科學研究與工業應用中，多相流的檢測手段需要對被測流體不產生任何擾動，因此電學法與超聲法由于其結構簡單、非擾動、造價低而備受關注。

電學測量方法根據其傳感器結構、形狀、激勵方式的不同又分為多種形式，如電導探針、環形電導陣列等，其中旋轉場電阻抗方法即電學過程層析成像技術是電學法中的一種重要改進形式，能夠提供豐富的物質截面分布信息，且能將不透明管道中的多相介質分布進行可視化重建。此外，該技術具有非擾動與多點測量的特點，可以實現被測多相流體的相含率與流速等過程參數，具有很好的應用前景。電學過程層析成像技術根據測量敏感原理不同又分為電容式、電阻式、阻抗式和電磁式層析成像等。

超聲檢測是一種應用較為廣泛的技術，在醫學監測、流體測量中有其獨特的優勢，超聲波在流體中傳播時不會破壞流體的流場，沒有壓力損失，同時若將檢測元件置于管道外壁，可以避免與流體直接接觸，降低傳感器的腐蝕程度。超聲層析成像方法可通過安裝于管道同一截面處的多個超聲收發探頭，以非擾動的形式獲得被測截面內部不同聲阻抗介質的分布信息，并通過圖像重建算法實現該分布的可視化。

發明內容

本發明的目的是提供一種能精確地、非擾動的多相流可視化測試方法。本發明使用基于電學與超聲敏感原理的傳感器陣列提取多相流流動信息，利用電學傳感器對電導率/介電常數變化敏感的測量原理獲得油氣水多相流高電導率相(水相)的分布信息，利用超聲傳感器對聲阻抗變化敏感的測量原理獲得油氣水多相流聲阻抗(氣相)分布信息，應用信息融合技術對以上多源信息進行處理，對多相流動不產生擾動且無需對流體進行預分離或混合，利用圖像重建算法對流動過程進行可視化重建，實現多相流過程相分布與流速分布的計算與可視化以及流型的正確識別。

本發明的技術方案如下：