气液两相流气相特性光电传感器组合测量方法研究 (2)

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1、国家自然科学基金重大科研仪器项目（资助号：51527805）国家自然科学基金面上项目（资助号：11572220）气液两相流气相特性光电传感器组合测量方法研究MeasurementofGasPhaseCharacteristicsinGas-LiquidTwo-PhaseFlowsUsingOpticalFiberandConductanceSensors学科专业：控制工程研究生：杨秋怡指导教师：金宁德教授企业导师：马文衡高级工程师天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注

2、和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签

3、字日期：年月日摘要气液两相流广泛存在于石油化工、核工业、动力工程等领域。由于气液两相流相间界面存在复杂相互作用及相对运动现象，故其流动行为呈现出高度无规则性、随机性和流动结构不稳定性等特征。这对气液两相流流动参数的准确测量带来很大困难。准确认识气液两相流气相局部流动特性，对油气田生产过程中油井动态监测及流量传感器优化设计具有重要价值及实际意义。针对垂直上升小管径气液两相流局部流动参数测量，本文提出了一种插入式光纤传感器与电导传感器组合的气相局部流动特性测量系统，通过有限元分析法对电导传感器几何尺寸进行了优化设计。基于低流速垂直上升气液两相流动态实验，考察了气液两相流段塞流、混状

4、流和泡状流的管截面方向局部持气率、局部流速及瞬时泡径分布特性。通过快关阀实验及弧形对壁式电导传感器测量，建立了气液两相流持气率预测模型。创新性研究成果如下：1、管截面方向段塞流和泡状流局部持气率及局部流速分布呈抛物线形，而混状流在流体湍动强度较低时局部持气率及局部流速由管壁处逐渐向管中心处呈现先增加后降低的分布趋势，随着流体湍动强度增加，其分布逐渐向抛物线形转化。混状流的气泡弦长在管中心位置两侧较大，其大的气块结构并非出现在管中心方向上。泡状流的气泡弦长由管壁处逐渐向管中心处呈现增加的分布趋势。2、利用局部去趋势互相关分析法(LocalDetrendedCross-Correl

5、ationAnalysis，简称LDCCA)分析了不同流型的气相局部流动结构瞬时演变特性。发现段塞流在液塞与气塞交替处流动结构演变最为明显，混状流在管中心附近流动结构演变最为明显，泡状流越靠近管道中心越容易发生流动结构演变。上述结论与多尺度去趋势互相关分析结果具有较好的一致性。3、利用快关阀截取了不同流动工况持气率，对弧形对壁式电导传感器测得的视持气率进行了校正；基于校正后的视持气率建立了垂直上升气液两相流漂移模型，并以此模型分别对段塞流、混状流和泡状流持气率进行了预测，绝对平均相对误差均小于10%，取得了较好的持气率预测效果。关键词：气液两相流，插入式光电传感器，弧形对壁电导

6、传感器，局部气相特性，持气率预测IABSTRACTGas-liquidtwo-phaseflowsarewidelyexistedinpetrochemical,nuclearindustry,powerengineeringandotherfields.Theflowbehaviorsareofhighirregularity,randomnessandinstabilityduetocomplexinteractioningas-liquidtwo-phaseflows,whichleadtoagreatchallengetomeasuretheflowparameters

7、.Acomprehensiveunderstandingoflocalflowcharacteristicsofgas-liquidtwo-phaseflows.isofgreatsignificancetomonitortheproductionprocessinrealtimeandoptimizeflowratesensor.Acombinedmeasurementsystemofopticalsensorandconductancesensorisproposedtomeasurel