基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，该方法包括：基于实际情况生成仿真样本，结合基于贡献分析的选择方法筛选测量电容；在管道安装双平面ECT传感器与温度压力传感器，测量测量电容及温度压力数据；利用温度压力数据补偿筛选后归一化测量电容，进行可视化，获取持液率；利用具有相关系数约束的自适应互相关算法结合双层ECT传感数据获取渡越时间，获取流速；利用温度压力数据补偿气液两相密度，结合两相密度、持液率与流速最终获得质量流量。本发明专利技术提供了一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，能够获得更好的成像和更准确的测量液体滞留量，实现高动态气液两相流质量流量的动态实时测量。流量的动态实时测量。流量的动态实时测量。

【技术实现步骤摘要】
基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法


[0001]本专利技术涉及电磁测量领域，特别是涉及一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法。

技术介绍

[0002]近年来，高动态多相流体实时动态测量在科学研究、生物医学、能源动力、环境监测等领域需求愈来愈大。例如，激光手术冷却防护的冷却液喷射过程中需对小喷管的制冷剂喷射量进行实时动态检测，以实现精确控制防止出现安全事故；液化气推进装置中需要对小管道内推进剂的流量进行实时动态检测，以实现高效可靠控制与合理规划。因此亟需一种方法能够实时测量高动态气液两相流体的质量流量。质量流量可以通过单相流量计，直接质量流量计方法或结合流速和持液率的测量方法进行测量。当两相流量波动较大时，单相流量计无法正常工作。直接质量流量计结构复杂，体积庞大，价格昂贵。因此，结合流速和持液率的测量方法是优选的。高动态气液两相流体常具有快速的流型变化，因而需要一种对流型不敏感的测量手段。电容层析成像(ECT)通过测量边界电容来重建介电常数分布，获得两相流体分布，进而得到测量流量所必须的持液率，且受流型影响较小。再应用双平面ECT传感器，采用互相关来测量流速，即可得到质量流量。然而，实现上述测量面临以下困难：高动态气液两相流体动形态变换迅速，不完全符合冻结流动假设，造成上下游ECT传感器间测量信号之间的相关性较差，难以稳定的获取渡越时间；高动态气液两相流体对要求流道拥有较高的强度要求，常有较厚的管壁，会出现对图像重建贡献较小的电容，导致ECT的图像质量严重下降，进而降低后续的持液率测量精度；高动态气液两相流常伴有剧烈的温度压力变化，液体推进剂的介电常数以及因此测量的电容也会发生变化，因此，设计一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法是十分必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，能够获得更好的成像和更准确的测量液体滞留量，抵消温度和压力变化对测量结果造成的不利影响，实现高动态气液两相流质量流量的动态实时测量。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：基于实际应用情况，生成仿真样本，结合基于贡献分析的选择方法，筛选测量电容；
[0007]步骤2：在管道靠近贮箱位置安装双平面ECT传感器与温度压力传感器，测量测量电容及温度压力数据；
[0008]步骤3：利用温度压力数据补偿筛选后归一化测量电容，进行可视化，获取持液率；
[0009]步骤4：利用具有相关系数约束的自适应互相关算法结合双层ECT传感数据获取渡越时间，进而获取流速；
[0010]步骤5：利用温度压力数据补偿气液两相密度，结合两相密度、持液率与流速最终获得质量流量。
[0011]可选的，基于实际应用情况，生成仿真样本，结合基于贡献分析的选择方法，筛选出含有主要贡献的测量电容，具体为：
[0012]将持液率β设置为归一化电容λ的函数，得：
[0013]β＝f
β
(λ)
[0014]考虑一阶分量及其相互作用，则上式重写为：
[0015][0016]其中，k是系数，M是测量电容的数量，λ(i)是归一化电容测量值，系数k通过回归结合模拟样本获得，归一化贡献E由下式计算为：
[0017][0018]按降序排列各组件的归一化贡献E，并计算累积贡献，当累积贡献达到总量的50％时，选择与累积贡献中涉及的组件相关的电容进行成像。
[0019]可选的，在管道靠近贮箱位置安装双平面ECT传感器与温度压力传感器，测量测量电容及温度压力数据，具体为：
[0020]所述双平面ECT传感器设置于靠近贮箱口位置或贮箱内，所述温度压力传感器临近所述双平面ECT传感器设置，所述双平面ECT传感器包括间距为L的上游ECT传感器及下游ECT传感器。
[0021]可选的，利用温度压力数据补偿筛选后归一化测量电容，进行可视化，获取持液率，具体为：
[0022]双平面ECT传感器中测得的电容表示为两个壁电容C
w1
、C
w2
和内部电容C
X
的串联，将C
w1
.和C
w1
视作单个电容C
w
.，得到测量电容C
M
：
[0023][0024]当管中充满介电常数为ε
ref
的均匀介质时，测得的电容可以表示为C
X
＝ε
ref
C0,其中C0为空场时管壁内的电容，除了测量的空校准电容C
L
外，再用另一种介电常数ε
ref
的均匀参考介质填充管道，测量各电极间互电容获得C
ref
，则C
W
和C0可以计算为：
[0025][0026]其中ε
L
是空场的介电常数，一般取1，再由下式给出完整的满校准电容C
H
：
[0027][0028]其中，ε
liquid
可结合液相的实测介电常数数据，由以下拟合公式获得：
[0029][0030]其中，P和T分别是测量电容的温度和压力，b0、b1、b2、b3是待拟合系数，之后，测量时，根据温度压力数据实时更新筛选后电容测量的满标定电容，即实时采用并联归一化获取补偿后的归一化测量电容：
[0031][0032]采用线性反投影算法即可获得重建图像：
[0033][0034]其中，S是灵敏场矩阵，基于仿真模型获得，获得重建图像后即可得到持液率：
[0035][0036]其中，K是重建图像中的像素数，A
i
和A分别是第i个像素的面积和管道的横截面积。
[0037]可选的，利用具有相关系数约束的自适应互相关算法结合双层ECT传感数据获取渡越时间，进而获取流速，具体为：
[0038]获得与速度相关的跃迁时间：
[0039]传统互相关算法公式如下：
[0040][0041]其中，x(t)和y(t)是采集的上游ECT信号和下游ECT信号，t0是采样的开始时间，t
s
是采样时间，同时，常使用归一化的互相关结果进行速度测量，归一化公式如下：
[0042][0043]R
xy,coeff(τ)
的峰值记作corr
xy
，当上游ECT信号和下游ECT信号之间的相似性达到最大值时出现，对应的时间τ0表示流量从上游ECT传感器传播到下游ECT传感器的转换时间：
[0044]corr
xy
＝max[R
xy,coeff
(τ)][0045]R
xy,coeff
(τ0)＝max[R
xy,coeff
(τ)][0046]为了减少上游本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于实际应用情况，生成仿真样本，结合基于贡献分析的选择方法，筛选测量电容；步骤2：在管道靠近贮箱位置安装双平面ECT传感器与温度压力传感器，测量测量电容及温度压力数据；步骤3：利用温度压力数据补偿筛选后归一化测量电容，进行可视化，获取持液率；步骤4：利用具有相关系数约束的自适应互相关算法结合双层ECT传感数据获取渡越时间，进而获取流速；步骤5：利用温度压力数据补偿气液两相密度，结合两相密度、持液率与流速最终获得质量流量。2.根据权利要求1所述的基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，其特征在于，基于实际应用情况，生成仿真样本，结合基于贡献分析的选择方法，筛选出含有主要贡献的测量电容，具体为：将持液率β设置为归一化电容λ的函数，得：β＝f
β
(λ)考虑一阶分量及其相互作用，则上式重写为：其中，k是系数，M是测量电容的数量，λ(i)是归一化电容测量值，系数k通过回归结合模拟样本获得，归一化贡献E由下式计算为：按降序排列各组件的归一化贡献E，并计算累积贡献，当累积贡献达到总量的50％时，选择与累积贡献中涉及的组件相关的电容进行成像。3.根据权利要求3所述的基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，其特征在于，在管道靠近贮箱位置安装双平面ECT传感器与温度压力传感器，测量测量电容及温度压力数据，具体为：所述双平面ECT传感器设置于靠近贮箱口位置或贮箱内，所述温度压力传感器临近所述双平面ECT传感器设置，所述双平面ECT传感器包括间距为L的上游ECT传感器及下游ECT传感器。4.根据权利要求3所述的基于相关系数约束互相关的高动态气液两相流量测量方法，其特征在于，利用温度压力数据补偿筛选后归一化测量电容，进行可视化，获取持液率，具体为：ECT传感器中测得的电容表示为两个壁电容C
w1
、C
w2
和内部电容C
X
的串联，将C
w1
和C
w2
视作单个电容C
w
.，得到测量电容C
M
：
当管中充满介电常数为ε
ref
的均匀介质时，测得的电容可以表示为C
X
＝ε
ref
C0,其中C0为空场时管壁内的电容，除了测量的空校准电容C
L
外，再用另一种介电常数ε
ref
的均匀参考介质填充管道，测量各电极间互电容获得C
ref
，则C
W
和C0可以计算为：其中ε
L
是空场的介电常数，一般取1，再由下式给出完整的满校准电容C
H
：其中，ε
liquid
可结合液相的实测介电常数数据，由以下拟合公式获得：其中，P和T分别是测量电容的温度和压力，b0、b1、b2、b3是待拟合系数，之后，测量时，根据温度压力数据实时更新筛选后电容测量的满校准电容，即实时采用并联归一化获取补偿后的归一化测量电容：采用线性反投影算法即可获得重建图像：其中，S是灵敏场矩阵，基于仿真模型获得，获得重建图像后即可得到持液率：其中，K是重建图像中的像素数，A
i
和A分别是第i个像素的面积和管道的横截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙江涛，李效霖，张潇恺，白旭，孙世杰，徐立军，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：