一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，涉及油水两相流测量技术领域，包括测量管段，光学测量段，旋流器，光源，水槽，高速摄像机，电磁流量计；所述测量管段、所述光学测量段和所述电磁流量计依次相连；所述旋流器安装于所述测量管段；所述光学测量段浸于所述水槽；所述光源、所述高速摄像机分别位于所述水槽外部相对的两侧。本发明专利技术的测量方法包括以下步骤：将油水两相流引入测量管段中，经旋流器整流；高速摄像机采集数字图像并处理；测量电磁流量值后依次算出油水两相流的含水率、油水总流量、油流量、水流量。本发明专利技术设计合理，实用性强，提高了油水两相流测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置及方法
本专利技术涉及油水两相流测量
，尤其涉及一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置及方法。
技术介绍
两相流广泛存在于化工、核能、石油等工业领域中，对其各参数的准确测量是一个具有重要意义但仍未得到很好解决的课题。其中，将成熟的单相流量检测技术与测量仪表应用于两相流参数测量得到了广泛的研究，如专利CN200610129787.7和专利CN200810151346.6。然而在不同的参数下多相流具有不同的流型，而且即使在同一类流型下，各相流体在管道内的相分布和速度分布仍具有很强的随机性，基本不存在类似单相流状态下的较为理想的连续均匀分布形态。因此在更广泛的多相流范围内基于单相流检测技术或其组合法难以胜任两相流体的测量任务。针对上述问题，近年来许多专利基于管内相分隔，专利技术了一系列两相流测量装置及方法，其基本思路是使用管内相分隔方法改善两相流的测量，如专利CN201811155136.4、专利CN201710612802.1和专利CN201611141040.3。所谓管内相分隔，就是利用两相流体物性上的差异对流体施加一定的外力，使原本随机分布的两相分别聚集在管道内特定的连续空间中，实现相与相之间的隔离。旋流法作为一种简单有效的管内相分隔方法，被广泛得到应用。对于密度相对差别较大的气水两相流，一般在管内安装旋流器就可以实现较理想的管内相分隔状态。但对于密度相对差别较小的油水两相流，利用安装旋流器的方法很难实现较理想的管内相分隔状态，所以基于管内相分隔的两相流测量方法在应用于油水两相流时，会产生较大的测量误差。因此，针对现有基于管内相分隔的两相流测量方法在油水两相流中测量精度差的问题，本领域的技术人员致力于开发一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置及方法，设计合理，实用性强，对于密度相对差别较小的油水两相流，具有提高测量精度的能力。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种设计合理，实用性强且可以有效提高密度相对差别较小的油水两相流测量精度的装置及方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，包括测量管段，光学测量段，旋流器，光源，水槽，高速摄像机，电磁流量计；所述测量管段、所述光学测量段、所述电磁流量计依次相连；所述旋流器安装于所述测量管段；所述光学测量段浸于所述水槽；所述光源、所述高速摄像机分别位于所述水槽外部相对的两侧。进一步地，所述水槽和所述光学测量段的材质为透明材料。进一步地，所述光学测量段选用钢化玻璃或有机玻璃。进一步地，所述光源采用平行光源。进一步地，所述高速摄像机采用远心镜头。进一步地，所述电磁流量计采用电容式电磁流量计。进一步地，所述光学测量段的中心与所述电磁流量计的中心之间的轴向距离不大于所述测量管段内截面的管径的5倍，且所述测量管段、所述光学测量段、所述电磁流量计内径相同。进一步地，本专利技术还公开了一种用于所述基于不完全相分隔的油水两相流测量装置的测量方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、光学测量段浸于水槽；油水两相流依次流经测量管段、光学测量段和电磁流量计，所述油水两相流经所述测量管段内部的旋流器后，在所述光学测量段径向近中心轴线处形成油芯，在所述光学测量段径向远中心轴线处形成外环水；所述油芯、所述外环水的相分布与速度分布均为轴对称分布；步骤2、采用光源在所述水槽一侧照射所述光学测量段，高速摄像机在所述水槽与所述光源相对的一侧连续采集n张所述光学测量段的相片；步骤3、将所述步骤2采集到的n张相片进行数字图像处理，算出所有所述相片所述光学测量段的内径截面的平均灰度值G，基于所述G与含水率α的函数关系获得所述油水两相流的所述含水率α；步骤4、结合所述步骤3算出的所述α和所述电磁流量计的显示流量值Qout，计算油水总流量Q；步骤5、结合所述步骤3和所述步骤4的计算结果，根据式(1)得到油的流量和水的流量：其中，QO和QW分别为所述油的流量和所述水的流量。进一步地，所述步骤3中所述平均灰度值G的计算包括以下步骤：步骤3.1、将所述步骤2所取得的n张相片转换为灰度图像，并进行滤波去噪预处理；步骤3.2、将所述预处理取得的所述灰度图像进行剪裁，只保留所述水槽内部的所述光学测量段内径的部分，获得剪裁图像的像素为a×b；其中，所述a为所述剪裁图像在高度方向上有a个像素，共a行；所述b为所述剪裁图像在宽度方向上有b个像素，共b列；步骤3.3、计算分隔参数c；当a为偶数时，c＝a/2；当a为奇数时，c＝(a―1)/2；步骤3.4、按下式计算所述平均灰度值G：其中，gk(i,j)为第k个所述剪裁图像中第i行，第j列的像素点的灰度值。进一步地，所述剪裁图像满足灰度为沿所述光学测量段内径截面的轴对称分布，所述步骤3.4基于前c行像素按下式计算所述平均灰度值G：相对于现有技术，本专利技术具有以下有益技术效果：1、设计合理，实用性强，且可以有效提高密度相对差别较小、相界面模糊的油水两相流的测量精度，获得较为精确的测量结果。2、采样精度可控：本专利技术可以根据实际需要调整图像的采集数量，从而满足不同测量精度要求；采集图像数量多，精度相对高，采集图像数量少，精度相对低；3、运算量可控：除图像的采集数量可以调整外，本专利技术还可就图像的处理行数进行选择。处理行数多，运算量大，处理速度慢，所用时间长；处理行数少则处理速度可以提高，理想条件下可节省一半运算时间，结合实际使用要求有较大的灵活性。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术一个较佳实施例的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置结构示意图。其中，1-测量管段，2-旋流器，3-外环水，4-水槽，5-高速摄像机，7-连续的水相，8-分散的油滴，9-油芯，10-光源，11-电磁流量计，12-光学测量段。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示，本专利技术提供一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，包括测量管段1、旋流器2、光源10、高速摄像机5、电磁流量计11；测量管段1、光学测量段12、电磁流量计11依次相连，为待测液体提供流动通道；旋流器2安装于测量管段1至光学测量段12之间的任意位置，以将连续的水相7和分散的油滴8整流为不完全相分隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，包括测量管段，光学测量段，旋流器，光源，水槽，高速摄像机，电磁流量计；所述测量管段、所述光学测量段、所述电磁流量计依次相连；所述旋流器安装于所述测量管段；所述光学测量段浸于所述水槽；所述光源、所述高速摄像机分别位于所述水槽外部相对的两侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，包括测量管段，光学测量段，旋流器，光源，水槽，高速摄像机，电磁流量计；所述测量管段、所述光学测量段、所述电磁流量计依次相连；所述旋流器安装于所述测量管段；所述光学测量段浸于所述水槽；所述光源、所述高速摄像机分别位于所述水槽外部相对的两侧。


2.如权利要求1所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，所述水槽和所述光学测量段的材质为透明材料。


3.如权利要求2所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，所述光学测量段选用钢化玻璃或有机玻璃。


4.如权利要求1所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，所述光源采用平行光源。


5.如权利要求1所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，所述高速摄像机采用远心镜头。


6.如权利要求1所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，所述电磁流量计采用电容式电磁流量计。


7.如权利要求1所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置，其特征在于，所述光学测量段的中心与所述电磁流量计的中心之间的轴向距离不大于所述测量管段内截面的管径的5倍，且所述测量管段、所述光学测量段、所述电磁流量计内径相同。


8.一种如权利要求1～7任一所述的基于不完全相分隔的油水两相流测量装置的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、光学测量段浸于水槽；油水两相流依次流经测量管段、光学测量段和电磁流量计，所述油水两相流经所述测量管段内部的旋流器后，在所述光学测量段径向近中心轴线处形成油芯，在所述光学测量段径向远中心轴线处形成外环水；所述油芯、所述外环水的相分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杨，张超，王栋，朱兵，刘明，张兴凯，苏明旭，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31