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气液两相流流动参数的同轴线相位传感器测量
编辑: admin 来源: 未知 时间: 2020/8/11 19:46:24

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【摘要】:石油化工行业一直是当今社会人们关注并讨论的热点领域,因此专家学者对石油化工的研究从未停下探索的脚步。

在众多的研究之中对于多相流的检测由于其重要性和复杂性正受到越来越多的重视,截面含气率是气液两相流中极为重要的流动参数之一。 由于气液两相流各相关参数间的非线性特性及其流动机理的未知性,导致由宏观测量参数对两相流动的截面信息进行求解的机理性模型在短期内难以建立,而现有预测模型都受其自身的使用条件限制,因此截面含气率测量是科学研究和工业应用领域中未能解决的科学难题。

本文设计出一种新型同轴线相位传感器,对垂直上升管气液两相流动参数进行研究。

在理论分析及前期工作经验的基础上,计算并分析传感器结构参数,设计出了一种包含内电极和外电极的三体结构形式的新型同轴线相位传感器。

搭建了新型同轴线相位传感器测量系统,包括硬件电路部分的设计、信号采集模块及测量系统搭建。 在此基础上,进行了室内垂直管静态标定实验,研究分析了新型同轴线相位传感器在在不同频段下全含气范围内的响应特点,发现同轴线传感器响应在各个频率点下的相位差输出与含气率变化呈线性变化关系的规律。 根据电磁波相位特性与气液两相介质间变化规律,建立了同轴线截面含气率测量模型。 制定了垂直气液两相流动态实验方案,确定了信号频率和实验条件。 以泡状流和弹状流流型为基础,进行了垂直管状态下水流量1m~3/h-11m~3/h,气流量~3/~3/h流动工况内气水两相流动态实验,从信号的时间和和频率方面,考察分析了传感器在各个工况点的响应特性。

发现该新型传感器在各个工况点内的响应有明显变化,可通过时频域分析对气液两相流流型进行识别,同时,利用传感器进行气液两相流相含率测试达到了预期效果。 由于实验测量难度大,且易受外界环境因素影响,以量纲分析法理论为基础,分析了新型同轴线相位传感器的入口参数,基于量纲分析法提出了一种仅仅依赖入口参数而不依赖实验测试技术的截面含气率预测模型,通过文献对比和预测分析,对截面含气率预测模型的适用性和外推性进行了评价。 结果表明:从流型角度来看,在考虑气液密度,压强,管径,流速等入口参数情况下,提出的截面含气率预测模型不仅可以预测弹状流截面含气率,而且适用于其他流型,如:乳状流,环状流,泡状流;另外,也适用于不同管径,形状,摆放角度的管段。 从截面含气率预测效果角度来看,推导得到的截面含气率模型对自身数据预测结果的平均绝对误差为%,将所引用文献中的194组数据代入到截面含气率预测模型中,预测结果的平均绝对误差为%,这说明了量纲分析方法的结果在截面含气率测量中是有效果的。

利用新型同轴线相位传感器实现截面含气率测量及流型分析,并结合量纲分析理论提出一种不依赖现有多相流检测技术的截面含气率模型,为气液两相流不分离测量提供了有效的方法。 【学位授予单位】:河北大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2020【分类号】:TQ021;TE65;TP212。

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