基于多傳感器融合的兩相流參數(shù)測量方法.pdf

1、兩相流是自然界與工業(yè)過程中十分常見的流動(dòng)形態(tài),由于流態(tài)的復(fù)雜性,對(duì)其過程參數(shù)的準(zhǔn)確測量一直是科學(xué)研究與工業(yè)過程應(yīng)用中亟待解決的重要課題。多傳感器融合技術(shù)利用不同時(shí)間與空間的多傳感器數(shù)據(jù)資源,通過對(duì)各局部測量信息的綜合,消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾,并加以互補(bǔ),降低其不確定性,實(shí)現(xiàn)比單一信息源對(duì)被測過程更完全、準(zhǔn)確、可靠的測量和描述。
　　 本論文從兩相流參數(shù)測量方法與流動(dòng)機(jī)理出發(fā),利用數(shù)值仿真技術(shù),在研究V型內(nèi)錐流量

2、計(jì)與基于電學(xué)敏感原理的傳感器用于兩相流參數(shù)測量方法的基礎(chǔ)上,建立各傳感器兩相流測量模型;結(jié)合數(shù)據(jù)級(jí)與特征級(jí)信息融合方法實(shí)現(xiàn)兩相流流型的準(zhǔn)確識(shí)別,以及質(zhì)量流量、流速、分相含率和分相表觀流速的測量。本研究主要完成的工作:
　　 1.從兩相流參數(shù)測量方法與流動(dòng)機(jī)理出發(fā),開展水平管道油水與氣水兩相流的三維CFD(Computational Fluid Dynamics)非穩(wěn)態(tài)仿真,分析兩相流典型流動(dòng)狀態(tài)下,V型內(nèi)錐流量計(jì)的測量特性,以及

3、流動(dòng)參數(shù)在預(yù)設(shè)測量截面處的變化。仿真結(jié)果表明,V型內(nèi)錐對(duì)兩相流流態(tài)有一定的干擾,但能在較短距離內(nèi)恢復(fù);實(shí)際取壓位置與理想位置處的差別可以通過一個(gè)定值來補(bǔ)償;錐體尾部出現(xiàn)回流區(qū)域形成較強(qiáng)烈的湍流,但尾部取壓方式不受回流影響;氣水兩相流間歇流動(dòng)結(jié)構(gòu)有一定的速度和差壓波動(dòng),因此在測量氣水兩相流時(shí)應(yīng)考慮這種波動(dòng)帶來的影響;氣水兩相流的流速差別較大,在流動(dòng)分析中應(yīng)考慮滑動(dòng)比或滑脫速度的影響。該仿真工作為V內(nèi)錐測量模型與互相關(guān)測速提供了理論分析基礎(chǔ)

4、,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于電學(xué)敏感原理傳感器的兩相流流動(dòng)參數(shù)測量系統(tǒng)。
　　 2.在對(duì)已有兩相流差壓測量關(guān)系式分析的基礎(chǔ)上,引入Blasius系數(shù),推導(dǎo)出油水兩相流粘度對(duì)差壓測量關(guān)系式的影響,提出一種考慮油水粘度影響的油水兩相流質(zhì)量流量關(guān)系式;實(shí)現(xiàn)了利用環(huán)形電導(dǎo)式傳感器測量氣水兩相流的滑動(dòng)比,并提出一種適用于研究工作實(shí)驗(yàn)范圍的氣水兩相流質(zhì)量流量測量關(guān)系式。測量結(jié)果表明:引入粘度的油水兩相流質(zhì)量流量關(guān)系式能夠獲得更準(zhǔn)確的測量結(jié)

5、果,而引入滑動(dòng)比后的均相流模型測量結(jié)果較未考慮滑動(dòng)比的均相流模型穩(wěn)定,利用滑動(dòng)比修正的Chisholm模型結(jié)合de Leeuw的分析結(jié)果選取相應(yīng)的Blasius系數(shù)能獲得更高的測量精度。從理論分析角度為差壓流量計(jì)在兩相流中的測量提供了一種理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的模型。
　　 3.結(jié)合兩相流流動(dòng)特性分析,提出一種能夠在兩相流流動(dòng)特征信號(hào)中動(dòng)態(tài)尋找信號(hào)段適用于互相關(guān)計(jì)算的方法,并建立了基于電學(xué)敏感原理的兩相流混合流速測量以及分相含率的預(yù)測

6、模型,實(shí)現(xiàn)了兩相流雙參數(shù)的同時(shí)測量?；ハ嚓P(guān)結(jié)果表明,互相關(guān)方法測量到的油水與氣水兩相流結(jié)構(gòu)性脈動(dòng)傳輸與混合速度在不同的混合流動(dòng)Froude數(shù)范圍內(nèi)存在分段線性關(guān)系,且參數(shù)擬合結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果計(jì)算的參數(shù)值一致。相含率測量結(jié)果表明,油水兩相流的混狀流態(tài)滿足Maxwell方程的假設(shè)條件,應(yīng)用該方程測量油水兩相流含水率的平均相對(duì)誤差為8.1％。氣水兩相流離散流型可當(dāng)作層流與滿管流的交替處理,含水率測量結(jié)果的平均相對(duì)誤差為10％。
　　

7、 4.在各傳感器測量模型與方法研究的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了基于雙截面電阻層析成像系統(tǒng)截面電極陣列間的數(shù)據(jù)級(jí)融合、特征級(jí)串行融合與并行融合;研究了基于V型內(nèi)錐流量計(jì)與電阻層析成像系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)特征級(jí)融合的水平管氣水兩相流流型識(shí)別方法;實(shí)現(xiàn)了基于V型內(nèi)錐流量計(jì)與電學(xué)敏感原理傳感器融合的兩相流流速、相含率與滑動(dòng)比的預(yù)測,以及兩相流流量和各分相表觀流速的準(zhǔn)確測量。測量結(jié)果表明:利用同質(zhì)傳感器間自適應(yīng)加權(quán)估計(jì)方法的數(shù)據(jù)級(jí)融合能夠?qū)崿F(xiàn)測量信息的最優(yōu)化,達(dá)到單