[发明专利]基于超声脉冲多普勒与电学多传感器的两相流流速测量方法

摘要

本发明涉及一种基于超声脉冲多普勒与电学多传感器的两相流流速测量方法，包含：根据电学传感器测量数据判断两相流连续相是否导电；并结合超声换能器测量数据识别两相流流型；计算两相流中的各分相含率和混合声速；利用超声脉冲波多普勒换能器测量流体中离散相的流速分布；计算管道内离散相的平均流速；计算漂移模型中的离散相分布参数；获得相间相对速度与流体总平均流速之间的计算关系；利用漂移模型计算管道内两相流的总平均流速；计算两相流分相流速。

主权项

1.一种基于超声脉冲多普勒与电学多传感器的两相流流速测量方法，所采用的双模态传感器包括一套电学传感器和一个超声脉冲波多普勒换能器；电学传感器基于电容电导原理测量两相流分相含率，超声脉冲波多普勒换能器用于测量两相流沿超声路径上的流速分布；所述电学传感器和超声脉冲波多普勒换能器同时安装于管道上；所述超声脉冲波多普勒换能器同时用于发射和接收脉冲波；所述超声脉冲波多普勒换能器安装于管道底部；所述超声脉冲波多普勒换能器由压电陶瓷晶片、透声楔块和阻尼材料组成；所述压电陶瓷晶片附着在楔块上，以一定角度切割楔块使得晶片的法向方向与管道轴向夹角为θ₀，该两相流流速测量方法包含如下步骤：/n(1)根据电学传感器测量数据判断两相流连续相是否导电；并结合超声脉冲波多普勒换能器测量数据识别两相流流型；/n(2)计算两相流中的各分相含率和混合声速：当两相流的连续相为导电相时，将电学传感器用作电导传感器，利用测量数据计算含水率α_w和含油率α_o，两相流混合声速；当两相流连续相为非导电相时，将电学传感器用作电容传感器，利用测量数据计算含水率α_w和含油率α_o，两相流混合声速；/n(3)利用超声脉冲波多普勒换能器测量流体中离散相的流速分布u_dop(y)：超声脉冲波多普勒换能器以脉冲波的形式向两相流发射声波，对流体中同一深度上的一系列连续的脉冲回波信号进行采样，组成新的超声回波信号，并对此信号做频谱分析，得到该深度上的平均多普勒频移进而计算各深度上离散相流速分布其中y为脉冲回波的深度，c₀为楔块声速，f₀为超声脉冲波多普勒换能器中心频率；/n(4)计算管道内离散相的平均流速对流速分布剖面进行面积积分得到离散相的平均流速其中R为管道半径，A为管道横截面积；n为脉冲多普勒测量深度个数，Δy为脉冲多普勒的距离分辨率，Δy＝mλ₀/2(λ₀＝c_m/f₀)，c_m为两相流混合声速，λ₀为超声脉冲波波长，m为脉冲波周期数；/n(5)计算漂移模型中的离散相分布参数C_0dop：基于超声脉冲多普勒的两相流漂移模型其中J为管道内两相流总平均流速，u_r为离散相与连续相间的相对速度，C_0dop为离散相分布参数；α_dis为离散相的含率分布，在不同流型下由离散相速度分布u_dop(y)和离散相含率分布α_dis获得分布参数C_0dop：/n1)在水包油和油包水流型中可忽略离散相含率分布α_dis对分布参数C_0dop的影响，分布参数C_0dop等于1；/n2)在油包水流型或水包油流型中，根据油连续或水连续条件下离散相含率分布和可计算得到分布参数C_0dop；/n3)在水包油和水流型中，油水两相存在高度相界面上的离散相含率分布为相界面下的离散相含率为0；由此可计算得到分布参数C_0dop；/n(6)获得相间相对速度u_r与两相流总平均流速J之间的计算关系：水连续时相间相对速度u_r与两相流总平均流速J之间的关系为油连续时相对速度u_r与两相流总平均流速J之间的关系为其中，C_D为阻力系数，ρ_c为连续相密度，μ_c为连续相动态黏度，D为分散相液滴直径；/n(7)利用漂移模型计算管道内两相流的总平均流速J：由上述步骤(1)至(6)获得管道内离散相的平均流速离散相分布参数C_0dop和相间相对速度u_r与两相流总平均流速J的关系后，可通过基于超声脉冲多普勒的漂移模型计算得到两相流的两相流总平均流速J；/n(8)计算两相流分相流速，通过电学传感器测量得到的分相含率，进一步计算得到水相表观流速J_w＝J·α_w和油相表观流速J_o＝J·α_o。/n