超声电学双模态水平油水两相流流速测量

作     者：袁野 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭超

授予年度：2017年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 

主      题：超声多普勒测速 油水两相流 边界层理论 双流体模型 均匀模型 

摘      要：油水两相流在石油开采、化工生产、冶金工业等领域广泛存在,精确测量油水两相流流量对于提高生产效率、降低能源消耗、保障生产安全有十分重要的意义。由于油水两相流流动特性复杂、流型多变、油水声学特性相近等问题,使得其各相流速测量存在困难。本文提出一种基于连续波超声多普勒效应结合电学含率估计的分相流速测试方法,对水平油水两相流中的分散流和分层流建立测量模型,将电学估计信息与超声测试信息相融合,获得油相和水相流速。实验结果表明,与标准流量计相比,该方法的平均测量误差在±5%以内。本文具体工作包含如下三个部分:(1)根据管道参数和超声传感器声学特性,确定超声探头的测量范围,计算不同油水含率下两相流中的平均声速,并引入水力学直径等概念将测量区域简化,以便于模型计算。(2)确定水平管道油水两相流实验条件和实验参数,设计基于NI的PXI测量平台,搭建数据采集、串口控制、数据显示和数据存储的系统,在天津大学油气水三相流实验室进行实验。(3)分别针对双流体模型和均匀模型,结合边界层理论及其修正公式和电容电导传感器含率估计,建立水平管油水两相流的流速测量模型,提出测量模型的数值求解方法,并进行实验结果分析,分析两个模型各自的优势,验证模型的准确性。