[发明专利]一种测量管道内气液两相流的截面相含率的装置及方法

权利要求书

1.一种测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，其特征是，包括：

近红外发射装置，安装在管道外壁，用于发射近红外光信号，所发射的近红外光信号穿过管道的管壁及管道内的气液两相流；所发射的近红外光的波长与管道内气液两相流中液相流体的近红外吸收光谱中的次强峰所对应的波长相同；

近红外接收装置，安装在与所述近红外发射装置处于同一横截面的管道外壁上，并与所述近红外发射装置以管道的截面圆心为对称设置，用于接收由所述近红外发射装置发射、并经管道的管壁和管道内的气液两相流透射过来的近红外光信号，再从所接收到的所述近红外光信号中提取光强信号，最后转换为感应电压信号输出；

数据采集单元，分别与所述近红外接收装置和计算机相接，用于采集由所述近红外接收装置输出的感应电压信号，在将所接收的所述感应电压信号进行放大、解调、滤波及模数转换后，以数字电压信号的形式发送给计算机；以及

计算机，包括数据处理单元、存储单元和显示单元，所述数据处理单元用于对所接收到的所述数字电压信号进行处理后得到特征值，根据所述特征值和管道内气液两相流的流向及欧氏距离公式来识别管道内气液两相流的流型，再根据管道内气液两相流的流向、流型和对应的截面含液率的求解公式，分别计算出管道内气液两相流的截面含液率和截面含气率。

2.根据权利要求1所述的测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，其特征是，所述近红外发射装置有至少两个，所述近红外接收装置与所述近红外发射装置的数量和位置一一对应；所述近红外接收装置与所述近红外发射装置在管道横截面上以过管道截面圆心的一条直线为对称分布。

3.根据权利要求1所述的测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，其特征是，所述近红外发射装置为近红外激光二极管发射探头，所述近红外接收装置为近红外硅光电二极管接收探头。

4.根据权利要求1所述的测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，其特征是，所述管道为有机玻璃管道或石英玻璃管道。

5.根据权利要求1～4任一项所述的测量管道内气液两相流的截面相含率的装置，其特征是，所述特征值包括均值、方差、峭度、频率重心、斜度和峰值因子。

6.一种测量管道内气液两相流的截面相含率的方法，其特征是，包括如下步骤：

a、将近红外发射装置和近红外接收装置安装在处于同一横截面的管道外壁上，且使所述近红外发射装置和所述近红外接收装置以管道的截面圆心成对称分布；

b、将数据采集单元分别与所述近红外接收装置和计算机相连接，并使各工作部件与电源相接；

c、控制所述近红外发射装置发射近红外光信号，所发射的近红外光的波长与管道内气液两相流中液相流体的近红外吸收光谱中的次强峰所对应的波长相同；所发射的近红外光信号穿过管道的管壁及管道内的气液两相流；

d、所述近红外接收装置接收由所述近红外发射装置所发射、并经管道的管壁和管道内的气液两相流透射过来的近红外光信号，再从所接收到的所述近红外光信号中提取光强信号，最后转换为感应电压信号输出；

e、所述数据采集单元采集由所述近红外接收装置输出的感应电压信号，在将所接收的所述感应电压信号进行放大、解调、滤波及模数转换后，以数字电压信号的形式发送给计算机；

f、所述计算机中的数据处理单元在对所接收到的数字电压信号进行处理后得到特征值，之后根据所述特征值和管道内气液两相流的流向及欧氏距离公式来识别管道内气液两相流的流型，再根据管道内气液两相流的流向、流型和对应的截面含液率的求解公式分别计算出管道内气液两相流的截面含液率和截面含气率。

7.根据权利要求6所述的测量管道内气液两相流的截面相含率的方法，其特征是，步骤f中所述特征值包括均值、方差、峭度、频率重心、斜度和峰值因子；所述气液两相流中的液相流体为水，所述气液两相流的不同流向及不同流型所对应的截面含液率的求解公式分别为：

1）、水平流向下泡状流所对应的截面含液率的求解公式为：

βw=0.0556x‾+0.0829s+0.9348]]>

式中：为均值，s为方差；

2）、竖直流向下泡状流所对应的截面含液率的求解公式为：

βw=0.0025x‾-0.4371s+1.0239]]>

式中：为均值，s为方差；

3）、水平流向下环状流所对应的截面含液率的求解公式为：

βw=-0.6273x‾+0.8551x‾4+18.2972Fg4-54.5570Fg8+41.0346]]>

式中：为均值，Fg为频率重心；

4）、竖直流向下环状流所对应的截面含液率的求解公式为：

βw=0.7323s-1.6777s2+1.2012Fg-10.6584Fg+23.6913]]>式中：s为方差，Fg为频率重心；

5）、水平流向下分层流所对应的截面含液率的求解公式为：

βw=-1.5456x‾+0.3019x‾2+0.5362s+0.2798C2+1.2340]]>

式中：为均值，s为方差，C为峰值因子；

6）、竖直流向下弹状流所对应的截面含液率的求解公式为：

βw=31.4876x‾-82.4076x‾+54.0794]]>

式中：为均值；

7）、竖直流向下乳沫状流所对应的截面含液率的求解公式为：

β_w=-33.0443C+16.0996C²-0.0166F_g+17.2983

式中：C为峰值因子，Fg为频率重心。