[发明专利]气液两相泡状流流速声电双模态测量方法

摘要

本发明涉及一种气液两相泡状流流速声电双模态测量方法，采用内含双压电陶瓷晶片的超声换能器和电容电导传感器,包括：获取含水率H；测量空间内气泡的平均真实流速；计算连续液相和离散气相之间的曳力；计算管壁对连续液相的剪切力；利用数值迭代类算法求得液相的真实流速；计算液相表观流速和液相表观流速；根据对于两相流总表观流速的定义，计算气液泡状流总表观流速。

主权项

1.一种气液两相泡状流流速声电双模态测量方法，采用一个内含双压电陶瓷晶片的超声换能器和电容电导传感器；超声换能器的测量空间覆盖整个管道截面，从而获取两相流总表观流速；电容电导传感器用于获取分相含率；所述超声换能器为双晶片超声换能器，安装于管道底侧，超声换能器内部双晶片均被倾斜安装于声耦合材料上，以保证晶片的法线方向与水平流动方向夹角为θ；所述双晶片超声换能器用来发射和接收超声波；其中，换能器一侧晶片负责发射超声波，另一侧晶片负责接收超声波，且在上述两晶片之间放置隔音材料以抑制干扰；所述电容电导传感器与超声换能器同时安装于管道之中；该测量方法包含如下步骤：1)将电容电导传感器作为电导传感器，利用其测量数据获取含水率H；2)通过对超声换能器所获取的接收信号进行傅里叶变换可得到其频率f，将其与超声发射信号的频率f₀相减，得到测量空间内散射体运动所引起的频移f_d＝f‑f₀，测量空间内气泡的平均真实流速其中，为平均频移，C为声波在固体声耦合材料中的传播速度；3)计算连续液相和离散气相之间的曳力F_drag：对于流体中的气相，曳力的公式为U_g和U_w分别是气相和液相的真实流速，H为含水率；ρ_w是液相密度；d₃₂是气相的索特平均直径，其与气相最大直径d_max的关系为：d₃₂＝0.62d_max；气相最大直径d_max的计算方法为：D为管道内径；C_D是拖曳系数，对于不同流动状态下，相对雷诺数μ_w是液相动态黏度；4)计算管壁对连续液相的剪切力f_w是穆迪摩擦因子，取值为ε是管内壁的相对粗糙度；Re_w是液相雷诺数，定义为5)离散气相和连续液相分别处于受力平衡的状态时，有将F_drag，τ_w，H，U_g带入上式中，得到关于U_w的一元非线性方程；利用数值迭代类算法求得液相的真实流速U_w；为增加迭代速度，U_w的迭代初值设置为与U_g相等；6)计算液相表观流速J_w＝U_wH和气相表观流速J_g＝U_g(1‑H)；7)根据对于两相流总表观流速的定义，计算气液泡状流总表观流速J＝U_wH+U_g(1‑H)。