连续波超声多普勒谱修正的两相流流速测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106443060A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201611097460.6(22)申请日2016.12.02(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人谭超史雪薇董峰(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.G01P5/24(2006.01)G01P11/00(2006.01)G01N27/08(2006.01)G01N27/22(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称连续波超声多普勒谱修正的两相流流速测量方法(57)摘要本发明公开一种两相流总流速与分相流速的声电双模态测量方法，包含如下步骤：获取两相流分相含率；计算两相流中的混合声速；获取测量空间内离散相的平均流速；计算相含率加权多普勒流速系数K；计算管道内两相流总平均流速；获取分相流速。本发明测量方便简单，速度快，成本低。CN106443060ACN106443060A权利要求书1/1页1.一种两相流总流速与分相流速的声电双模态测量方法，所采用的传感器由一对超声多普勒探头和一套电学传感器构成，电学传感器具有两种工作模式，一种模式为电导传感器模式，一种模式为电容传感器模式，所述超声多普勒探头包括一个超声发射探头和一个超声接收探头，用于发射和接收超声波，所述超声发射探头与超声接收探头与水平方向以夹角β安装，超声发射探头安装于水平管道顶端，超声接收探头安装于水平管道底端，保证所述超声探头对与管道中心处于同一纵向截面内，该双模态测量方法包含如下步骤：(1)获取两相流分相含率：当两相流的连续相为导电相时，采用电导传感器模式的测量数据获取含水率αw与含油率αo；当连续相为非导电相时，采用电容传感器模式的测量数据获取水相含率αw与油相含率αo，其中αw+αo＝1；(2)计算两相流中的混合声速：利用水相含率αw与油相含率αo计算两相流的混合声速cm＝cwαw+coαo，其中cw与co分别代表水中声速与油中声速；(3)获取测量空间内离散相的平均流速：通过对超声接收探头所获取的接收信号进行傅里叶变换可得到其频率f，将其与超声发射探头的激励频率f0相减，即可得到由测量空间内流体运动所引起的频移fd，测量空间内离散相的平均流速其中，为由测量空间内多液滴引起的多普勒平均频移，Sd(fd)为多普勒频移fd的功率谱；获得测量空间内两相流平均流速(4)计算相含率加权多普勒流速系数K：K为整个管道内流体的平均流速J与测量区域内2流体的平均流速us之间的比值，K≈aα+bα+c，其中α为离散相的含率，a,b,c为待定参数，根据不同实验条件标定；(5)计算管道内两相流总平均流速J：在连续相不同的情况下，通过(3)中超声多普勒测量结果和(4)中相含率加权多普勒流速系数K获取管道内流体的总平均流速J＝K·us；(6)获取分相流速：计算得到水相流速：Jw＝J·αw和油相流速：Jo＝J·αo。2.根据权利要求1所述的两相流总流速与分相流速的声电双模态测量方法，其特征在于，在水连续时a＝-0.70,b＝0.39,c＝0.71；在油连续时a＝0.10,b＝0.58,c＝0.53，连续相的判断通过电学传感器实现，水连续时，电导传感器模式数据有效；油连续时，电容传感器模式数据有效。2CN106443060A说明书1/6页连续波超声多普勒谱修正的两相流流速测量方法技术领域[0001]本发明属于流体测量技术领域，设计一种超声传感器与电学传感器相结合的测量方法，用于两相流流速的非扰动式测量。技术背景[0002]两相流广泛存在于日常生活与各种工业的实际生产过程中，如在生物工程，化工产业，冶金工业，石油产业等行业中普遍涉及到两相流问题。相比于单相流而言，由于两相流的相间存在着复杂的界面效应与相对速度，且流型复杂多变，因此其过程参数的在线准确检测十分困难，一直是工程技术和科学研究领域急需解决而迄今尚未很好解决的研究课题。对于石油产业而言，油水两相流广泛存在于石油的开采、运输及存储过程中，其流速(流量)和含水率的准确测量对于产量的估计和生产安全的保证具有重要的意义。[0003]目前，对于两相流流速(流量)测量的研究已有很多，包括利用传统的单相流量计，如孔板、文丘里、差压式流量计等，还包括一些新兴的基于多相流特性的测量方法，如电学法、超声法，射线法，微波法等。超声法和电学法作为一种非侵入的测量方法，具有传感器结构简单、原理明确、成本低廉、对流体无扰动等优点，在多相流过程参数测量中的应用越来越广泛。基于连续波的超声多普勒流速测量方法是依据多普勒效应的基本原理，由发射声波与接收到声波的频率差获得反射体的运动速度，其物理意义明确。对于水