[發明專利]基于雙流體截面靈敏度分布的電導探針關鍵部件尺寸優化方法

有效

• 申請號: 201510801601.7
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN105279344B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 翟路生;金寧德;邊鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 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

本發明涉及一種基于雙流體截面靈敏度分布的電導探針關鍵部件尺寸優化方法，用于環形空間雙傳感電導探針的分相持率測量部件的幾何尺寸優化，環形空間雙傳感電導探針由分相持率傳感器、相關測速傳感器及管道中心絕緣插入體構成；分相持率傳感器由四對或四對以上弧形電極構成，各對弧形電極均勻分布在沿管道內壁的圓周上，每對弧形電極均由激勵電極和測量電極構成；通過計算分相持率傳感器中心空間流體截面以及上游流體截面的靈敏度分布，提取有效靈敏度和有效信息率兩個優化指標，最終確定分相持率傳感器的最優幾何尺寸。本發明的優化結果可有效提高環形空間分相持率傳感器的空間分辨率。

技術領域

本發明涉及一種用于兩相流流動參數測量的電導探針的關鍵部件尺寸優化方法。

背景技術

兩相流現象廣泛存在于石油工程、化學工程、冶金工程、核工程、航空與航天工程等傳統工業和新興工業領域中。氣液兩相流是指氣相與液相不相容物質的混合流動體系。由于氣液兩相流中各成份之間存在著密度、粘度等物理性質上的差異，在流量、壓力、重力及管路形狀等諸多因素的影響下，導致氣液兩相流流動參數測量十分困難。總流量和分相流量是氣液兩相流工業應用系統中的重要流動參數，它的精確測量對于生產過程計量、控制和運行可靠性都具有重要意義。

兩相流流動參數測量技術主要包括超聲法，光學法，射線法，電容法，電導法等。由于電導傳感器具有原理清晰、結構簡單、響應穩定等諸多優點，已廣泛地應用于多相流參數測量中。目前油井動態監測普遍使用的環形電導式傳感器(ZL98250643.2)主要響應于測量電極之間分散相平均濃度特性，該類電導傳感器結構相對簡單，傳感器響應穩定，可完成對油水兩相流含水率測量。但是，上述環形電導式傳感器靈敏場分布均勻程度不高，流動參數測量結果受兩相流流體流動結構影響較大，導致測量結果精度較低。

發明內容

本發明目的是提供一種基于雙流體截面靈敏度分布的電導探針關鍵部件尺寸優化方法，旨在提高環形空間分相持率傳感器的空間分辨率，以達到提高電導探針兩相流流動參數測量精度的目的。本發明的技術方案如下：

一種基于雙流體截面靈敏度分布的電導探針關鍵部件尺寸優化方法，用于環形空間雙傳感電導探針的分相持率測量部件的幾何尺寸優化，其特征在于，所述的環形空間雙傳感電導探針由分相持率傳感器、相關測速傳感器及管道中心絕緣插入體構成；分相持率傳感器由四對或四對以上弧形電極構成，各對弧形電極均勻分布在沿管道內壁的圓周上，每對弧形電極均由激勵電極和測量電極構成；管道中心絕緣插入體迫使兩相流流體在環形空間內流動；將分相持率傳感器內的空間定義為中心空間，將管道中心絕緣插入體與管道內壁之間的空間定義為環形空間，將與中心空間流體截面相鄰，且相對于中心空間流體截面為流體的來流方向的截面為上游流體截面，通過計算分相持率傳感器中心空間流體截面以及上游流體截面的靈敏度分布，提取有效靈敏度和有效信息率兩個優化指標，綜合考慮中心空間流體截面和上游流體截面的靈敏度分布特性，以使有效靈敏度和有效信息率最大化為優化目標，最終確定分相持率傳感器的最優幾何尺寸。

具體可以包括以下步驟：

(1)建立分相持率傳感器的有限元模型，并設置模型中各實體的單元類型及材料屬性，

(2)將環形空間內流體的二維截面規則地剖分為若干個四邊形，以該二維截面為掃略源，對三維流體進行映射剖分；(1)中所述有限元模型的其他部分采用自由方式剖分；對各激勵電極施加+0.1mA直流電流，對各測量電極施加-0.1mA直流電流，并對各測量電極施加邊界電壓0V；

(3)設置環形空間內流體為水相，計算某個激勵電極上的電壓值；改變中心空間流體截面上某個剖分單元的導電特性，即將該單元的導電屬性由水相變為油相，再計算該激勵電極上的電壓值；根據激勵電極上電壓的變化值獲得該單元上的靈敏度，即單元靈敏度；依次改變中心空間流體截面上各單元的導電屬性，可獲得各單元所在位置處的單元靈敏度，從而得到分相持率傳感器在中心空間流體截面的靈敏場；