[發明專利]氣液兩相泡狀流流速聲電雙模態測量方法

有效

• 申請號: 201710109307.9
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN107024603B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 譚超;董虓霄;董峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01N27/22
• 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

1.一種氣液兩相泡狀流流速聲電雙模態測量方法，采用一個內含雙壓電陶瓷晶片的超聲換能器和電容電導傳感器；超聲換能器的測量空間覆蓋整個管道截面，從而獲取兩相流總表觀流速；電容電導傳感器用于獲取分相含率；所述超聲換能器為雙晶片超聲換能器，安裝于管道底側，超聲換能器內部雙晶片均被傾斜安裝于聲耦合材料上，以保證晶片的法線方向與水平流動方向夾角為θ；

所述雙晶片超聲換能器用來發射和接收超聲波；其中，換能器一側晶片負責發射超聲波，另一側晶片負責接收超聲波，且在上述兩晶片之間放置隔音材料以抑制干擾；所述電容電導傳感器與超聲換能器同時安裝于管道之中；

該測量方法包含如下步驟：

1)將電容電導傳感器作為電導傳感器，利用其測量數據獲取含水率H；

2)通過對超聲換能器所獲取的接收信號進行傅里葉變換可得到其頻率f，將其與超聲發射信號的頻率f₀相減，得到測量空間內散射體運動所引起的頻移f_d＝f-f₀，測量空間內氣泡的平均真實流速其中，為平均頻移，C為聲波在固體聲耦合材料中的傳播速度；

3)計算連續液相和離散氣相之間的曳力F_drag：對于流體中的氣相，曳力的公式為U_g和U_w分別是氣相和液相的真實流速，H為含水率；ρ_w是液相密度；d₃₂是氣相的索特平均直徑，其與氣相最大直徑d_max的關系為：d₃₂＝0.62d_max；氣相最大直徑d_max的計算方法為：D為管道內徑；C_D是拖曳系數，對于不同流動狀態下，相對雷諾數μ_w是液相動態黏度；

4)計算管壁對連續液相的剪切力f_w是穆迪摩擦因子，取值為ε是管內壁的相對粗糙度；Re_w是液相雷諾數，定義為

5)離散氣相和連續液相分別處于受力平衡的狀態時，有將F_drag，τ_w，H，U_g帶入上式中，得到關于U_w的一元非線性方程；利用數值迭代類算法求得液相的真實流速U_w；為增加迭代速度，U_w的迭代初值設置為與U_g相等；

6)計算液相表觀流速J_w＝U_wH和氣相表觀流速J_g＝U_g(1-H)；

7)根據對于兩相流總表觀流速的定義，計算氣液泡狀流總表觀流速J＝U_wH+U_g(1-H)。