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原文传递一种气液两相流参数测量方法

专利名称：	一种气液两相流参数测量方法
摘要：	本发明属于流量检测技术领域，涉及一种气液两相流参数测量方法，同时采用超声测量单元和差压测量单元对管道内气液两相流的参数进行测量，且在两相介质测量下，引入动态存波和动态时间延迟机制，从而解决现有采样机制由于超声波在气相和液相介质中的声波传播速度相差很大所造成的采集到的回波信号不完整的问题；再根据采集到的超声波回波信号对上下行时间差Δt、上行时间tup、下行时间tdown进行计算，进而通过超声波测量原理和差压式测量原理相结合的测量方法计算得到气液两相介质的各参数，且具有无放射性污染，测量结果可靠稳定等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安安森智能仪器股份有限公司
发明人：	王士兴;胡香儒;田冬;王辉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910849490.5
公开号：	CN110631958A
代理机构：	西安新动力知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	刘强
分类号：	G01N11/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N11
申请人地址：	710018 陕西省西安市未央区西安经济技术开发区草滩十路1155号智巢产业园2号楼
主权项：	1.一种气液两相流参数测量方法，其特征在于，同时采用超声测量单元(12)和差压测量单元(13)对管道内气液两相流的参数进行测量，且在两相介质测量下，引入动态存波和动态时间延迟机制，具体为：以两相介质为纯气体时的状态为动态存波和动态时间延迟机制的初始状态，在纯气体下，当超声波激励信号发送后，进行一段时间延迟后再开始进行回波信号的采集，并在零流量时对静态超声波回波信号进行存储；在两相介质下，判断是否采集到超声波回波信号，如果采集到超声波回波信号，则不启动动态存波和动态时间延迟机制，如果未采集到超声波回波信号，则启动动态存波和动态时间延迟机制；根据结构参数，介质参数，采集到的超声波回波信号及差压信号进行计算得到气液两相流的各参数。 2.根据权利要求1所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1)、定义开始采集超声波回波信号的延迟时间tdelay＝tdelay1，tdelay1为纯气体下开始采集超声波回波信号的初始时间，基于所述初始时间tdelay1开始采集超声波回波信号，并在零流量时对静态超声波回波信号进行存储；步骤2)、判断是否采集到超声波回波信号：如果是，则不需要对采集到的超声波回波信号进行存储，且延迟时间不变；否则，执行步骤3)；步骤3)、定义开始采集超声波回波信号的延迟时间tdelay＝tdelay0，tdelay0为纯液体下开始采集超声波回波信号的初始时间，基于所述初始时间tdelay0开始采集超声波回波信号；步骤4)、判断是否采集到超声波回波信号：如果是，则不需要对采集到的超声波回波进行存储，且延迟时间不变；否则，开始采集超声波回波信号的初始时间tdelay以20μs为步长递增；步骤5)、循环所述步骤4)，直至采集到超声波回波信号，对采集到的超声波回波信号进行存储，并设置时间延迟tdelay；步骤6)、根据采集到的超声波回波信号进行计算，得到上下行时间差Δt、上行时间tup、下行时间tdown；步骤7)、通过计算获得瞬时流量q1，两相流体的混合密度ρ，气液两相流中的液体体积分数LVF、气体体积分数GVF、液体流量ql、气体流量qg、液相累积流量Ql、气相累积流量Qg。 3.根据权利要求2所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，步骤1)中采集的点数为2n个。 4.根据权利要求3所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，步骤1)中采集的点数为512个。 5.根据权利要求4所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，步骤2)中，判断是否采集到超声波回波信号的判断方法为：如果采集到的信号的最大值大于2V，且所述最大值所对应的512个点中的位置处于第200～300个点之间，则采集到超声波回波信号；否则，未采集到超声波回波信号。 6.根据权利要求2所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，步骤3)中，所述初始时间tdelay0的计算公式如下：式(1)中，tdelay0的单位为s，L为声道长度，单位为m，1450为超声波在水中的传播速度，单位为m/s。 7.根据权利要求2所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，步骤6)中，各参数的计算方法分别如下：所述上行时间tup的计算方法如下：将顺流方向的超声波回波信号与存储的顺流方向零流量下的静态超声波回波信号进行互相关运算；取互相关运算后最大值点对应横坐标T的前L个点、最大值点、以及后L个点构成三参数拟合正弦曲线算法中的输入信号，L是自然数，要拟合的正弦曲线的频率ω为超声波换能器的激励频率，然后经过三参数拟合曲线算法得到拟合后的曲线的最大值点对应的横坐标i，则上行时间tup可通过如下公式计算得到： tup＝(T-L+i)÷Fs (2) 如果测量过程中启动了动态存波和动态时间延迟机制，则上行时间tup的计算需要在公式(2)的基础上再减去(tdelay1-tdelay)；所述上下行时间差Δt的计算方法如下：将顺流方向的超声波回波信号与逆流方向的超声波回波信号进行互相关运算；取互相关运算后最大值点对应横坐标T′的前L′个点、最大值点、以及后L′个点构成三参数拟合正弦曲线算法中的输入信号，L′是自然数，要拟合的正弦曲线的频率ω为超声波换能器的激励频率，然后经过三参数拟合曲线算法得到拟合后的曲线的最大值点对应的横坐标i′，则上下行时间差Δt可通过如下公式计算得到： Δt＝(T′-L′+i′)÷Fs (3) 式(2)-(3)中，Fs为信号的采样频率；所述下行时间tdown的计算公式如下。 tdown＝tup-Δt (4) 8.根据权利要求2所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，步骤7)中，各参数的计算方法分别如下：所述瞬时流量q1的计算公式为，式(5)中，D为管道直径，Φ为上下行换能器与管道轴线的夹角；两相流体的混合密度ρ结合式(6)和(7)计算得到， ρ＝ΔP×K2/(q1)2 (6) 式(6)中，ΔP为差压测量值，通过采集差压信号标定得到，K为差压系数；式(7)中，c为流出系数，β为直径比，ε为膨胀系数，d为节流件孔径。气液两相流中的液体体积分数LVF通过式(8)计算得到，式(8)中，ρ气为气液两相流中气体的密度，该ρ气可根据国标GB/T11062-2014中的密度计算方法得到；ρ液是气液两相流中液体的密度，可对应用现场实际液体进行取样设定；气体体积分数GVF通过式(9)计算得到， GVF＝1-LVF (9) 液体流量ql通过式(10)计算得到， ql＝q1×LVF (10) 气体流量qg通过式(11)计算得到， qg＝q1×GVF (11) 液相累积流量Ql通过式(12)计算得到，气相累积流量Qg通过式(13)计算得到， 9.根据权利要求1-8任一项所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，所述超声测量单元(12)包括温度传感器(3)、压力传感器(4)、第一超声波换能器(5)、第二超声波换能器(6)、第三超声波换能器(7)和第四超声波换能器(8)；所述第一超声波换能器(5)和第二超声波换能器(6)处于同一轴线上且分别斜向相对设置在管壁上，第三超声波换能器(7)和第四超声波换能器(8)处于同一轴线上且分别斜向相对设置在管壁上，四个超声波换能器的两条轴线呈X型；所述温度传感器(3)、压力传感器(4)分别设置于四个超声波换能器安装位置的前后管壁上。 10.根据权利要求1-8任一项所述的气液两相流参数测量方法，其特征在于，所述差压测量单元(13)包括差压传感器(10)和楔形节流装置(9)，所述楔形节流装置(9)设置于管道内壁上，所述差压传感器(10)的两侧分别与楔形节流装置(9)所处管道的前、后位置相连通。
所属类别：	发明专利