[發明專利]基于差壓信號波動的氣液兩相流體積含氣率測量方法

在審

• 申請號: 201711452109.9
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108168612A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 王微微;蒙雁琳;梁霄
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于差壓信號波動的氣液兩相流體積含氣率測量方法。包括如下步驟：1)獲得氣液兩相流流經文丘里管的差壓波動信號；2)計算差壓波動信號的相對方差、偏斜度、峭度和熵；3)應用模糊模式識別方法和最大隸屬原則辨識流型；4)基于流型辨識結果，根據差壓信號的波動系數計算體積含氣率，其中波動系數根據極點對稱模態分解結果確定。本發明的優點是無需進行氣液分離，僅利用一個文丘里管即可實現氣液兩相流流型辨識和體積含氣率測量。測量裝置成本低、測量精度高、實時性好。本發明適用于氣液兩相流多參數的測量。

技術領域

本發明屬于流體測量技術領域，具體涉及到一種基于差壓信號波動的氣液兩相流體積含氣率測量方法。

背景技術

氣液兩相流的流動體系廣泛存在于動力、化工、石油、制冷、能源等眾多工業領域，其參數的檢測在工程需求下得到越來越多的關注。例如鍋爐、制冷系統、核反應堆、冷凝器、氣液混輸管道中的混合物介質都屬于氣液兩相流，對這些裝置進行初始設計、狀態監測和故障維護時，都需要對氣液兩相流的流型進行辨識，對含氣率等參數進行測量。

氣液兩相流的流型多種多樣。流型不但影響流體動力學特性和傳質傳熱特性，還影響到氣液兩相流中其它參數的測量。氣液兩相流的流型識別方法主要包括：流型圖法、直接測量法和間接測量法。大多數流型圖局限性較大，難以在大范圍內使用。同時，部分流型圖的坐標對應的參數為實際中較難測量的參數，其可靠性受到影響。直接測量法中最簡單的方法是目測法，通過透明管段直接由人眼觀察流型，該方法主觀性強，不同觀測者可能會有不同的觀測結果。采用現代檢測技術識別流型的方法主要有射線法、電導探針法、光導探針法等。在間接測量法中，可應用氣液兩相流波動特性來辨識流型。隨著現代信號處理技術的發展，眾多學者應用信號處理方法對氣液兩相流差壓波動信號進行處理來提取與流型有關的特征參數。常用的信號處理方法包括小波分析、混沌分析、神經網絡、模糊模式識別技術等。

含氣率主要通過兩種途徑進行測量。一是根據現有的檢測技術測量含氣率，常用的方法有快關閥法、射線法、電阻抗法、層析成像法等；另一種是根據實驗研究或理論推導得到含氣率模型，用于估計含氣率。

目前應用文丘里管等節流元件，采用節流法測量氣液兩相流參數時，主要基于節流式儀表測量原理與兩相流模型來實現。根據不同的假設條件，國內外學者建立了均相流模型、分相流模型、Murdock關系式、Chisholm關系式、林宗虎關系式、漂移通量模型等兩相流測量模型。部分模型中的參數需要通過實驗數據確定，當實驗裝置或應用條件不同時，模型中的參數也略有不同。

氣液兩相流差壓波動信號包含著豐富的流體流動信息。本發明基于文丘里管差壓信號，應用極點對稱模態分解方法提取信號的波動成分和趨勢項，計算波動系數，根據不同流型對應的波動系數與體積含氣率關聯式計算體積含氣率，本發明根據差壓波動信號的時域特征量和模糊模式識別技術來辨識流型。

發明內容

本發明的目的是利用文丘里管差壓信號的波動特征進行氣液兩相流流型辨識和體積含氣率測量。

基于差壓信號波動的氣液兩相流體積含氣率測量裝置，包括計量管道(1)、壓力傳感器(2)、文丘里管(3)、差壓傳感器(4)、A/D轉換卡(5)和計算機(6)。

基于差壓信號波動測量氣液兩相流體積含氣率的裝置如圖1所示，在計量管道(1)上依次設有壓力傳感器(2)、文丘里管(3)，差壓傳感器(4)與文丘里管(3)相連，A/D轉換卡(5)與壓力傳感器(2)、差壓傳感器(4)相連，計算機(6)與A/D轉換卡(5)相連。

本發明基于文丘里管上部差壓信號的波動特征來測量氣液兩相流體積含氣率，包括如下步驟：

(1)獲得氣液兩相流流經文丘里管的差壓波動信號