多孔孔板中气液两相流流动噪声特性分析

作     者：陈星彤 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方立德

授予年度：2020年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：气液两相流 多孔孔板 水平管试验 声发射检测技术 流动噪声特性 

摘      要：多相流流动特性的参数检测和研究已经成为多相流问题的研究重点,其普遍存在于人们的生活和工业生产中。在石油天然气的开采过程中,随着油藏的不断开发,在开发过程中控制石油天然气的出油量和出气量尤为重要。在开采过程中,实时的监测输出量,可以对油气井在不同阶段的开采进行定量评价,制定更优化的开采方案。其中,石油气在管道中的流动形态从宏观意义上属于气液两相流的流动形态,两相流的流动特性研究作为多相流检测中的基础,因此,分析两相流动的流动机理、流动形态、流动噪声信号特性对两相流的测量、工业生产的优化设计以及实时动态监视具有重要实用价值。本文主要完成了如下研究工作:（1）利用声发射和多孔孔板相结合的测量装置对水平管下不同流型的45个工况点进行测试,试验中同时记录差压信号及声发射信号。（2）试验数据分析:通过对水平管声发射噪声信号时域特征的分析,画出不同流型条件下各特征参数和体积含气率的变化关系图,提取出与体积含气率有明显变化规律的特征参数。用matlab软件中的傅里叶变换（FFT）算法对声发射噪声信号进行处理,得到不同工况点的频率特征。通过分析声发射噪声信号的频谱图,根据图中频率变化情况与幅值的分布,确定所要分析的频率段,利用小波包分解算法提取流动噪声信号特定频率段内的能量特征值,分析该频率段中不同段能量特征值与体积含气率的关系,提取出与体积含气率有明显变化的能量特征值。（3）用所提取的时域特征参数与频域能量特征值相结合,建立水平管气液两相流体积含气率测量模型,得到体积含气率测量模型。将体积含气率模型与试验差压信号相结合,得到不同流型条件下的水平管气液两相流流量测量模型。论文主要创新点为:（1）对声发射-差压和多孔孔板相结合的双参数测量系统进行了两相流试验。分别对设置在不同流型条件下的45个工况点进行检测,得到气液两相流流经多孔板的各种数据,为后续的研究做准备。（2）提取出多孔孔板上声发射信号的时域和频域特征参数。在时域分析中得到峭度与偏斜度随两相流体积含气率的变化呈线性增长趋势,在频域分析中得到ca1与cd1的能量特征值随两相流体积含气率呈线性增长趋势。（3）得到水平管气液两相流的体积含气率测量模型与流量测量模型。将上述提取出的4个不同特征参数与体积含气率进行拟合分析,得到体积含气率测量模型,最大相对误差为2.6。将体积含气率模型与差压信号结合,对经验公式进行修正,得到不同流型条件下的两相流流量测量模型,误差均在3%以内。