油水两相流含油率超声衰减测试方法

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1、资助项目：国家自然科学基金仪器专项（编号：61227006）国家自然科学基金面上项目（编号：61473206）油水两相流含油率超声衰减测试方法MeasurementMethodofUltrasoundAttenuationforOilPhaseFractioninOil-WaterTwo-PhaseFlow学科专业：控制科学与工程作者姓名：邵一哲指导教师：董峰天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独含J性声明本人声明所呈交的学位稔文是本人在早りT指早下逃行的研究工作和取得的己径友表研究成果,除了文中特別加以林注和致洲之楚外,稔文中不包含其他人或

2、撰写述的研究成果,也不包含力荻得人津大学或其他教育机杓的学位或江ギ而使用述的材料。埼我一同工作的同志対本研究所倣的任何貢献均己在稔文中作了明晩的悦明井表示了洲意。学位稔文作者釜名:移鶴眺刻年H月日7/1しィ学位稔文版杖使用授枚弔本学位稔文作者完全了解天津大学有美保留、使用学位稔文的規定。特授枚天津大学可以杵学位稔文的全部或部分内容編入有美数据庫遊行栓索,井采用影F「、姉印或拍描等隻制手段保存、ツE編以供査岡和借同。同意学校向国家有美部

3、]或机杓送交稔文的隻印件和磁盤。(保密的学位稔文在解密后適用本授杖悦明)学位沿文作者釜名:フ/t尋師釜名:ゃ鶴肌ガ年‖月

4、プ日釜字日期:ン・7年l,月1日中文摘要油水两相流广泛存在于工业生产运输过程中，实现其流动参数的准确测量是工业现代化发展的必然趋势。但由于两相流体的流动过程复杂多变，导致其主要参数测量十分困难。超声法以其价格低廉、不干扰流体流动过程和适宜恶劣工业环境测量等优点，成为众多国内外研究学者的关注重点。为了实现油水两相流中油相液滴粒径和含油率的准确测量，采用超声衰减测试方法，结合有限元分析，对不同含油率范围、不同流动流型的油水两相流流体进行仿真建模，分析超声在其中的传播过程。并且通过实验数据验证仿真模型的正确性。具体的研究工作为：（1）针对超声衰减测试方法的原理

5、，采用有限元分析方法，研究三种影响因子，即超声发射频率、离散相粒径大小、离散相液滴位置对超声衰减特性的影响作用。（2）针对低含油率和换相区间油水两相流的含油率的超声测量问题，分别对三种具体流型：低含油率水包油流型、换相区间上层油包水下层水包油流型和界面混合的油水分层流流型进行了仿真建模，得到了超声传播的声压分布，分析了超声衰减系数与含油率之间的对应关系，探究了三种情况下超声在油水两相流中具体衰减特性。（3）针对低含油率水包油流型的油水两相流液滴粒径的超声测量问题，选定了适合被测对象的超声衰减BLBL（Bouguer-Lambert-Beer-Law）模型

6、，表征超声衰减作用与液滴粒径分布的关系。利用有限元分析法设计固定的粒径分布仿真模型，对衰减模型逆问题求解得出粒径分布测量值，通过对比证明了超声衰减法对毫米级液滴粒径测量的可行性，同时验证了BLBL模型可以表征低含油率水包油流型油水两相流中超声衰减机理。（4）利用油气水多相流实验装置，进行油水两相流流动过程超声测量实验，获取实验数据。通过对比不同流型下的实验结果与仿真结果，验证了仿真模型的合理性。关键词：油水两相流；含油率；粒径分布；超声衰减法；有限元仿真；传播机理IABSTRACTOil-watertwo-phaseflowiswidelyexisted

7、inindustrialproductionandtransportationprocess.Toachieveaccuratemeasurementoftheflowparametersistheinevitabletrendofindustrialmodernization.However,duetothecomplexchangesintheflowprocess,measurementofthemainflowparametersisverydifficult.Ultrasonicmethodhasbecometheresearchfocusof

8、manydomesticandforeignscholars,becauseit’scheap,nointerferencetotheflowprocessandsuitableforharshindustrialenvironmentmeasurement.Theultrasonicattenuationmethodisusedtomeasuretheoilphasefractionandparticlesizeinoil-watertwo-phaseflow.Thefiniteelementanalysismethodwasusedtosimulat

9、ethefluidwithdifferentrangeofoilphasefra