应用电导探针技术识别气液两相流流型方法及电导波动信号噪声的辨识

气液两相流流型实验报告实验名称：气液两相流流型实验目的：1. 熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用；2. 掌握常见两相流流型的划分方法及相关规律，观察水平管中不同流型的特点；3. 根据各工况点实验数据绘制两相流流型图，并与典型流型图做比较。

实验任务：实验测量数据：,,,.(1) 测取不同情况下气相，液相流量；记录P P t tw气减室(2) 判别流型要求：(1) 实验数据汇总表；(2) 绘制αβ-曲线(3) 根据实验数据用Weisman图判别流型实验原理1、水平管道中气液两相流流型的划分及各流型特征在水平管道中的气液两相流，由于重力影响使流型结构呈现不对称性，因而水平管中的流型特征变得较为复杂。

Oshinowo流型划分原理使流型变得相对简单，根据Oshinowo的划分原则，一般把水平管道中的流型划分为六种，泡状流、塞状流、层状流、波状流、弹状流、环状流。

（1）泡状流在泡状流中，气相是以分离的气泡散布在连续的液相内，气泡趋向于沿管道上半部流动，这种流型在含气率低时出现。

（2）塞状流在塞状流中，小气泡结合大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相内，大气泡也是趋向于沿管道上部流动，并且在大气泡之间还存在一些小气泡。

（3）层状流在层状流中，两个相的波动被一层较光滑的分界面隔开，由于重力和密度不同，气相在上部液相在下部分开流动。

层状流只有在气相和液相的速度都很低时才出现。

（4）波状流当气流速度增大时，在气、液分界面上掀起了扰动的波浪，分界面由于受到沿流动方向的波浪作用而变得波动不止。

（5）弹状流当气体流速更高时，分界面处的波浪被激起与管道上部管壁接触，并形成以高速沿管道向前推进的弹状块。

（6）环状流当气体流速进一步增高时，就形成气核和环绕管周的一层液膜，液膜不一定连续均匀的环绕整个管周，管子的下部液膜较厚，在气芯中也夹带有液滴。

图1水平不加热管中的流动型式表1水平绝热管中的流型变化增加液相流量增加气相流量ST+R ST+R ST+IW S PB ST+RW ST+IW S BTS+A PF ST+RW+D ST+LRW+D ST+BTS A+RW F+D ST+RW+D ST+LRW+D A+DA+D F+D F+DD A+RW A+RWA+D A+DA表示环状流（annular）；B表示气泡（bubble）；BTS表示中空气弹（blow through slug）；D表示液滴（droplet）；F表示液膜（film）；IW表示平缓波（inertial wave）；LRW表示大翻卷波（large roll wave）；PB表示气栓加气泡（plug＆bubble）；PF 表示气栓加泡沫（plug＆froth）；R表示涟漪波（ripple）；RW表示翻卷波（roll wave）；S表示气弹（slug）；ST表示层状流（stratified）。

过 测取 气水 两相 流 型 的 电导 波 动信 号 、 差信 号 及流 型 图像 ， 用 小波 包 分解 、 Ｈ 压 采 Ｈ Ｔ等 及 图像 处 理技 术 来 提取各 种 流型 的特 征 向量 ， 用神 经 网络 来 进 行 识 别 分 类 ， 得 了较 好 的效 果 。 白博 峰 等 通 过 提 并 取
近 些年 来 ， 信息处 理 和融 合 技术 与人 工智 能技 术 在 多相 流流 型识 别相 结合 ， 为 多相流 的参 数检 测 成 的 一个 发展趋 势 。人 工 神经 网络 作 为 一种 智 能 技 术 已经在 多相 流 流 型 检 测方 面 得 到 了应 用 。 Ｅ ＭＤ是
分 析非线 性 、 非平 稳信 号 的好 方 法 ， 可利用 其 得到 所 测流 型信 号 的特征 向量 。 由于 不 同流型 的电导波 动 信号 经 Ｅ ＭＤ分解 后 的各 层信 号 差异 很大 ， 文将 根 据水 包油 分散 流 、 本 油水 混状 流 、 油包 水分 散 流三种 流 型 电导信 号具 有不 同的模 态信 号 ， 然后 求 出各 模态 信 号 的能量 ， 并将 其 作 为 Ｅｍ ｎ神经 网络 的训练 与检 ｌａ
测量后 ， 进入 油水分 离器 ， 将油 水进 行分离 并循 油水两相流实验平台
计算机
实验段是垂直管段 ， 内径为 ２ ／ 的有机透明玻璃管 ， ９ ｌ ｍｌ 长度为 ２ ０ ｌ。油水两相流电导波动信 ０ｌＴ ０ ＇ｌ ｎ
导 信号 、 压差 信号 、 流型 图像 等 。 目前神 经 网络在 流 型识 别方 面 应用 已 比较广 泛 。应 用神经 网络来识 别
流 型 的训练 数据 主要 来 自压 差信 号 ， 图像 ， 电导信 号 等 。而 这 些 信号 的特 征 向 量 又有 多 种 方 法获 得 ， 例 如 经验 模式 分解 Ｅ ＭＤ， 波包 分 解 ， 率 密度 函数 Ｐ Ｆ 功 率谱 密 度 函数 Ｐ Ｄ等 Ｌ２。周 云 龙 － 等通 小 概 Ｄ、 Ｓ 】 ｌ Ｊ ３ ｊ

光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究作者姓名：李静班级学号：13号作者单位：安全11-2班专业名称：安全工程光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究李静安全11-2班 13号摘要：光纤传感器作为纤维光学领域中的新技术，在两相流动局部参数的测量中得到了越来越广泛的关注。

为了获取气液两相流动的局部界面信息，进一步深入了解两相流动的内部机理，给出了双传感器光学探针的详细制作过程，并将制作成的探针应用于气液两相流实验研究。

实验中通过压降方法与探针方法测得的空泡份额之间的平均偏差为8％，表明所制作的双传感器光学探针测量精度较高，能够应用于气液两相流局部参数的测量。

进一步的实验研究表明，管内局部空泡份额沿通道径向呈“壁峰型”分布规律，并且局部界面面积浓度(IAC)的径向分布也呈现出基本相同的规律。

关键词：纤维光学；光学探针；界面面积浓度；空泡份额；两相流引言在两相流动的流动特性研究中，分别提出了均相流、分相流、漂移流、两流体等模型，并都得到了很好的发展。

其中，两流体模型被认为是最精确的一种模型，因为从机理上看，两流体模型最能够接近实际的物理过程。

在两流体模型的求解中，涉及到的局部界面面积浓度这个关键参数，一般只能通过经验关系式获得，这限制了两流体模型的推广应用，因此在多相流领域，关于局部界面面积浓度的研究一直是重点之一。

研究者采用多种实验方法钉来获得这一参数，为理论研究提供实验数据，其中探针方法用较多。

Neal和Bankoff(1963)最先提出了电导探针的方法对两相流动局部参数测量，接着MillerT和Mitchie提出了光学探针的方法。

在探针方法中，电导探针具有机械强度高、结构简单，制作容易的优点，一直以来受到研究者的普遍关注，但是要求被测介质导电性好，为提高导电性，常向被测介质中添加化学试剂，而且电导探针信号响应速度慢。

光学探针虽然不如电导探针应用广泛，但是激光信号却有着自己的独特优势，信号要比电导探针更为敏感，在界面经过传感器时信号阶跃变化更快，因此得到的数据精度也高于电导探针。

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识 别 中的应 用
李 志彪 ，吴应湘
（ 中国科 学院力 学研 究所工程科学部，北京 １ ０ ８ ） ０００
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要
流 型是 气液两相 流的基本参数之一 ，由于不 同的气液两相流流型具有不 同的动力学和传 热学特性 ，因
而研 究流型对气 液两相流的理论研 究和参数 测量 十分重要 。叙述 了利用 Ｙ射线系统测量水平 圆管 内气． 两 ． 液
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李志彪等：射 线衰减法在水平气液两相流动 流型识 别中的应用
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