基于截面含气率的气/液两相流相关速度测量

　　0　引　言

　　相关技术在两相(气/液、气/固和液/固等)流体和多相流体的参数测量方面具有巨大潜力。在过去的几十年中,　基于电容、电导、超声波、放射性、光等多种传感器的相关流量测量技术已经得到广泛研究[1,2]。

　　目前,基于电学层析成像技术的相关测速方法可分为像素相关和测量数据直接相关2种[3]。像素相关测速方法有望得到流体的分相流速,但实际应用中流型随时变化,难以选择稳定的对应于某单相流体的像素进行相关;而测量数据直接相关,理论上可获得区域内多相混合流体流动的“平均”速度,而实际上由于测量数据选取的位置不同,其数据变化所受的主导因素不同,对于流型快速变化条件下,很难对其测出的速度进行准确评价[4~6]。

　　本文针对双截面电阻层析成像(electrical resistancetomography,ERT)系统,提出基于截面含气率的相关测速方法,该方法综合考虑整个截面的流体流动信息,实验证明:该方法测速精度较高,且稳定可靠.

　　1　相关测速原理

　　相关测速原理[7~9]如图1所示,相距为L的上游传感器和下游传感器的输出信号分别为x(t)和y(t)。当系统满足“凝固”流动假设的条件下,有

　　式中　x(i)为上游传感器输出信号序列;y(i+j)为下游传感器输出信号序列;i,j为相关采样序号;N为总采样数。　当Rxy(j)取得最大值Rxy(j0)时,对应τ0=j0Δt(Δt为采样时间间隔)即为流体从上游传感器到下游传感器的流动时间。上游与下游传感器距离为L,可得流体流速为

　                                                         　v=L/τ0.                                                           (4)

2　基于截面含气率的相关测速

　　如前所述,像素相关和测量数据直接相关2种方法在实际应用中均存在不足。本文提出基于截面含气率的相关测速方法,其原理如图2。气/液两相流截面含气率β为[10],

    　当R′xy(j)取得最小值R′xy(j0)时,对应的τ0=j0Δt即为流体从上游传感器到下游传感器的流动时间,于是,由式(4)便可求得流体流速。将速度与上游截面含气率相结合,可得出气相流量为

　                                                                       　Q=vAβ,                                          (8)

　　式中　v为气相的相关速度;A为管道截面面积;β为上游截面含气率

　　3　实　验

　　3.1　实验装置