[发明专利]基于差压信号波动的气液两相流体积含气率测量方法

说明书

本发明公开了一种基于差压信号波动的气液两相流体积含气率测量方法。包括如下步骤：1)获得气液两相流流经文丘里管的差压波动信号；2)计算差压波动信号的相对方差、偏斜度、峭度和熵；3)应用模糊模式识别方法和最大隶属原则辨识流型；4)基于流型辨识结果，根据差压信号的波动系数计算体积含气率，其中波动系数根据极点对称模态分解结果确定。本发明的优点是无需进行气液分离，仅利用一个文丘里管即可实现气液两相流流型辨识和体积含气率测量。测量装置成本低、测量精度高、实时性好。本发明适用于气液两相流多参数的测量。

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及到一种基于差压信号波动的气液两相流体积含气率测量方法。

背景技术

气液两相流的流动体系广泛存在于动力、化工、石油、制冷、能源等众多工业领域，其参数的检测在工程需求下得到越来越多的关注。例如锅炉、制冷系统、核反应堆、冷凝器、气液混输管道中的混合物介质都属于气液两相流，对这些装置进行初始设计、状态监测和故障维护时，都需要对气液两相流的流型进行辨识，对含气率等参数进行测量。

气液两相流的流型多种多样。流型不但影响流体动力学特性和传质传热特性，还影响到气液两相流中其它参数的测量。气液两相流的流型识别方法主要包括：流型图法、直接测量法和间接测量法。大多数流型图局限性较大，难以在大范围内使用。同时，部分流型图的坐标对应的参数为实际中较难测量的参数，其可靠性受到影响。直接测量法中最简单的方法是目测法，通过透明管段直接由人眼观察流型，该方法主观性强，不同观测者可能会有不同的观测结果。采用现代检测技术识别流型的方法主要有射线法、电导探针法、光导探针法等。在间接测量法中，可应用气液两相流波动特性来辨识流型。随着现代信号处理技术的发展，众多学者应用信号处理方法对气液两相流差压波动信号进行处理来提取与流型有关的特征参数。常用的信号处理方法包括小波分析、混沌分析、神经网络、模糊模式识别技术等。

含气率主要通过两种途径进行测量。一是根据现有的检测技术测量含气率，常用的方法有快关阀法、射线法、电阻抗法、层析成像法等；另一种是根据实验研究或理论推导得到含气率模型，用于估计含气率。

目前应用文丘里管等节流元件，采用节流法测量气液两相流参数时，主要基于节流式仪表测量原理与两相流模型来实现。根据不同的假设条件，国内外学者建立了均相流模型、分相流模型、Murdock关系式、Chisholm关系式、林宗虎关系式、漂移通量模型等两相流测量模型。部分模型中的参数需要通过实验数据确定，当实验装置或应用条件不同时，模型中的参数也略有不同。

气液两相流差压波动信号包含着丰富的流体流动信息。本发明基于文丘里管差压信号，应用极点对称模态分解方法提取信号的波动成分和趋势项，计算波动系数，根据不同流型对应的波动系数与体积含气率关联式计算体积含气率，本发明根据差压波动信号的时域特征量和模糊模式识别技术来辨识流型。

发明内容

本发明的目的是利用文丘里管差压信号的波动特征进行气液两相流流型辨识和体积含气率测量。

基于差压信号波动的气液两相流体积含气率测量装置，包括计量管道(1)、压力传感器(2)、文丘里管(3)、差压传感器(4)、A/D转换卡(5)和计算机(6)。

基于差压信号波动测量气液两相流体积含气率的装置如图1所示，在计量管道(1)上依次设有压力传感器(2)、文丘里管(3)，差压传感器(4)与文丘里管(3)相连，A/D转换卡(5)与压力传感器(2)、差压传感器(4)相连，计算机(6)与A/D转换卡(5)相连。

本发明基于文丘里管上部差压信号的波动特征来测量气液两相流体积含气率，包括如下步骤：

(1)获得气液两相流流经文丘里管的差压波动信号