[发明专利]基于声发射与ELMAN的弯管气液两相流流量检测方法

权利要求书

1.一种基于声发射与ELMAN的弯管气液两相流流量检测方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1、通过弯管强制旋流理论，将圆形截面单相流量测量公式扩展至椭圆截面，得到适用圆形截面和椭圆截面的单相流流量测量公式，如式1所示：

其中，G-单相质量流量，kg/s；α-流量系数，根据实验测量确定；a-弯管45°截面垂直于内外侧差压测量方向的半轴长，m；ρ-单相流体密度，kg/m³；Δp-弯管45°截面内外侧差压，Pa；R-弯管轴线处曲率半径，m；b-弯管45°截面沿内外侧差压测量方向的半轴长，m；C-常数项，压差仪表零点偏移修正，当未发生偏移时为0；对于本发明而言，a为长半轴，b为短半轴，且当弯管截面为圆形，a＝b；

步骤2、假设气相和液相分别处于弯管的内侧和外侧，且气相和液相的真实速度相等且等于混合速度v_m，得到气相和液相分别在弯管45°截面产生的内外侧差压，如式2和式3所示：

其中，Δp_g-弯管45°截面气相区域产生的内外侧差压，Pa；H_L-截面持液率，待测值，后续测得；ρ_g-气相流体密度，kg/m³；v_m-气液两相流混合速度，m/s；Δp_L-弯管45°截面液相区域产生的内外侧差压，Pa；ρ_L-液相流体密度，kg/m³；

步骤3、根据式2和式3所示的气相与液相各自的弯管内外侧差压公式得到各相差压，将由式2与式3计算得到的结果相加，得到弯管总内外侧差压Δp和气液两相流混合速度v_m的关系式，如式4和式5所示，进一步结合式6得到弯管气液两相流混合质量流量计算公式，如式7所示；

G_m＝ρ_mv_mπab (6)

其中，Δp-弯管45°截面上测量的内外侧总差压，Pa；G_m-气液混合物质量流量，kg/s；ρ_m-混合物流体密度，kg/m³；ρ_L-液相流体密度，kg/m³；ρ_g-气相流体密度，kg/m³；H_L-截面持液率；a-弯管截面的长半轴；b-弯管截面的短半轴，当弯管截面为圆形，a＝b；R-弯管轴线处曲率半径，m；

再通过流量系数α和修正常数项C对式7进行修正，优化后的气液两相流混合质量流量测量公式如式8所示：

其中，α-流量系数，根据实验测量确定；C-常数项，压差仪表零点偏移修正，当未发生偏移时为0；

步骤4、确定弯管测量元件的结构参数，包括弯管轴线处曲率半径R和截面的长短半轴；

步骤5、令气液两相流在不同流动工况下流经弯管测量结构，于椭圆截面或圆形截面弯管45°截面处，通过压差传感器和声发射传感器测量气液两相流流经弯管45°截面时的声发射信号和压差信号；结合可视化实验模式并根据已有的基于声发射-BP神经网络流型识别系统得到各流动工况所处的流型，从而得到对应于不同气液两相流在不同流动工况下的声发射参数；其中，

当气液两相流介质流经弯管测量结构时，差压传感器获取差压信号Δp后通过数据采集卡传输至计算机，基于现有技术测得截面持液率H_L，并根据式8计算得到混合质量流量；

当气液两相流介质流经弯管测量结构时，声发射传感器获取声发射信号传输至计算机，计算弯管气液两相流声发射信号的电压幅值、有效振铃计数、平均信号电平、均方根和绝对能量值5个统计参数；

步骤6、采用4尺度小波分解处理弯管气液两相流声发射信号，

p_Ei＝E_i/E_total (9)

其中，p_Ei-第i频段小波能量与总小波能量比值；E_i-第i频段小波能量，J；E_total-总小波能量，J；i-小波分解频段代号；

步骤7、将步骤5的5个声发射统计参数、步骤6得到的各个小波能量比值，以及4个弯管结构参数：弯管所在平面(当弯管处于水平平面采用0表示，当弯管垂直向上采用1表示)、弯管45°截面长轴长度2a、弯管45°截面短轴长度2b、弯管45°截面轴线处曲率半径R，作为ELMAN神经网络的输入层神经元；该ELMAN神经网络的输出参数为截面持液率，因此输出层神经元个数为1个；

步骤8、由此构建出用于测量持液率的神经网络模型，记为声发射-ELMAN神经网络；

步骤9、实际测量弯管气液两相流流量时，按照步骤4、5、6的方式获得声发射-ELMAN神经网络的各个输入层神经元以及所属流动工况，将各个输入层神经元输入声发射-ELMAN神经网络得到截面持液率；将所得截面持液率代入已获取系数的流量测量公式8，进行气液两相流混合质量流量测量，从而实现了流量测量结果。