水平油水两相流电导及电容阵列传感器组合测量新方法研究

水平油水两相流经常出现分层流及分散流，其流动结构随流动参数呈现复杂多变现象。在理论上，难以实现流动结构稳定性控制与流动参数准确预测。本课题针对水平油水两相流不同流型特征，提出了电导及电容传感器组合测量方法，其传感器系统包括环形电导阵列传感器、双螺旋电容传感器、平行线电容传感器及微型电导阵列探针。首先，基于有限元分析法优化设计了电导及电容传感器几何尺寸，研制了水平油水两相流测量系统；其次，在天津大学多相流流动装置上获取了不同流动参数下的电导及电容传感器测量响应特性，开展了水平油水两相流总流量、分相持率及分相流量测量方法研究。论文研究工作取得了如下创新性成果：. 1．依据水平油水两相流不同连续相导电特性及两类特殊分层流及分散流流动结构特征，提出了水平油水两相流流动参数电导及电容传感器组合测量方法。采用有限元分析方法考察了不同流型下的电导及电容相含率传感器检测场的灵敏度分布特性，并依据电导及电容传感器输出响应的灵敏度及线性度最优原则，优化设计了传感器几何尺寸，动态实验结果表明：优化设计的电导及电容传感器具有较好的相含率测量特性。. 2．采用双平行线电容传感器方法测取了液相持率标定值，采用径向8路电导阵列探针方法获取了局部流动结构；在此基础上，分别获得了环形电导阵列传感器及双螺旋电容传感器液相持率输出响应，并从油水流动结构角度合理地解释了电导及电容传感器相含率测量特性，取得了测量特性与流动特性的相互统一认识。此外，基于两相流密度波传播理论模型，结合上下游双环形电导传感器及双平行线电容传感器相关测速结果，实现了具有较高精度的水包油及油包水流型水平油水两相流总流量测量。