[發(fā)明專利]一種基于差分測量模式的兩相流網(wǎng)格傳感器可視化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010023570.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN111189881A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟路生;楊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/00
• 分類號(hào): G01N27/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于差分測量模式的兩相流網(wǎng)格傳感器可視化方法，包括以下步驟：設(shè)計(jì)一個(gè)基于交流激勵(lì)的電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器，并將其安裝在圓形管道上，電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器由兩層互相垂直而不接觸的平行金屬細(xì)線構(gòu)成；工作在循環(huán)激勵(lì)模式下；采集各個(gè)接收電極輸出穩(wěn)定電壓信號(hào)；得到差分電壓，按比例調(diào)整為有效電壓信號(hào)，獲得管道內(nèi)每個(gè)交叉點(diǎn)處的有效電壓信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于差分測量模式的兩相流網(wǎng)格傳感器可視化方法

背景技術(shù)

兩相流現(xiàn)象廣泛存在于化工、石油、核工程等領(lǐng)域，如氣液兩相流、油水兩相流等。兩相流的湍動(dòng)特性復(fù)雜，相間滑脫嚴(yán)重，導(dǎo)致兩相流具有復(fù)雜的時(shí)空結(jié)構(gòu)和多尺度特征。例如，在氣液兩相流流動(dòng)過程中，可能出現(xiàn)擬周期運(yùn)動(dòng)的泰勒泡、不穩(wěn)定的巨波結(jié)構(gòu)和隨機(jī)分布的氣泡。一般情況下，泰勒泡和巨波結(jié)構(gòu)的尺度較大，利用電學(xué)或超學(xué)法可以比較容易地實(shí)現(xiàn)該類結(jié)構(gòu)的檢測；然而，對(duì)于氣液兩相流中隨機(jī)分布的小尺度氣泡，目前仍然缺乏較為有效的測量方法。

對(duì)于導(dǎo)電特性有明顯差異的兩相流，網(wǎng)格傳感器可實(shí)現(xiàn)其流動(dòng)結(jié)構(gòu)的可視化監(jiān)測。Prasser等最早提出電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器結(jié)構(gòu)(Flow MeasurementInstrumentation,1998,9(2):111-119)，其由兩層互相垂直而不接觸的平行細(xì)線構(gòu)成，各細(xì)線均為導(dǎo)電金屬。利用管道內(nèi)兩相之間顯著的導(dǎo)電性差異，電導(dǎo)網(wǎng)格可對(duì)管道截面的兩相分布進(jìn)行成像。電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器在檢測大尺度流動(dòng)結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢。例如，Parsi等人采用電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器研究了氣液兩相流復(fù)雜的界面結(jié)構(gòu)(International Journal of Multiphase Flow,2017,96:1-23)；Kesana等人(Journal of Natural Gas Science and Engineering,2017,46:477-490)利用電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器測量了氣液兩相流的擬段塞結(jié)構(gòu)，并研究了液體粘度變化對(duì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響。盡管電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器在兩相流可視化方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但以往的技術(shù)主要聚焦在大尺度流動(dòng)結(jié)構(gòu)的可視化研究；利用電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器實(shí)現(xiàn)小尺度、非導(dǎo)電氣泡(或油滴)的檢測，仍然存在較大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于差分測量模式的兩相流網(wǎng)格傳感器可視化方法。本發(fā)明中，基于交流激勵(lì)的網(wǎng)格傳感器系統(tǒng)能夠克服測量過程中流體的極化現(xiàn)象，為可視化成像提供兩相流流動(dòng)的響應(yīng)信號(hào)；一種基于差分測量模式的可視化方法，可克服漏電流對(duì)測量系統(tǒng)的干擾，提升傳感器對(duì)兩相流中小尺度、不導(dǎo)電分散相的靈敏度，從而對(duì)兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行清晰地可視化成像，并準(zhǔn)確計(jì)量管道截面的分相持率信息。技術(shù)方案如下：

一種基于差分測量模式的兩相流網(wǎng)格傳感器可視化方法，包括以下步驟：

(1)設(shè)計(jì)一個(gè)基于交流激勵(lì)的電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器，并將其安裝在圓形管道上，電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器由兩層互相垂直而不接觸的平行金屬細(xì)線構(gòu)成，采用4×4電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器，設(shè)E₁，E₂，E₃，E₄表示傳感器的四個(gè)激勵(lì)電極，R₁，R₂，R₃，R₄表示傳感器的四個(gè)接收電極，(i,j),i,j＝1,2,3,4表示激勵(lì)電極和接收電極的交叉點(diǎn)，僅考慮分布在管道內(nèi)部的交叉點(diǎn)。

(2)電導(dǎo)網(wǎng)格傳感器硬件系統(tǒng)工作在循環(huán)激勵(lì)模式下；在某一特定2△t時(shí)間內(nèi)，只有激勵(lì)電極E₁連接到激勵(lì)信號(hào)，其他激勵(lì)電極連接到參考地GND₁，在交叉點(diǎn)(1,2)處，設(shè)為在正電壓激勵(lì)期間，即從0時(shí)刻到△t時(shí)刻，流過接收電極R₂的正向電流，為在負(fù)電壓激勵(lì)期間即從△t時(shí)刻到2△t時(shí)刻，流過接收電極R₂的反向電流；

(3)正電壓激勵(lì)期間，采集接收電極R₂輸出穩(wěn)定電壓信號(hào)