一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法，可以实现复杂气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估，在管内气水两相流相分布测量方面，与传统的静态评估方法相比，该方法在气水两相流相分布重建动态评估时充分考虑了气水两相流的复杂性和随机性，从而有效提高了气水两相流相分布测量评估的准确性和可靠性。在管内气水两相流速度分布测量方面，填补了目前没有可靠的评估方法对电阻抗测量结果进行有效动态评估的空白。该发明专利技术可以为优化基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量方法提供有效的评估平台。台。台。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法


[0001]本专利技术涉及一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法，属于多相流检测


技术介绍

[0002]在自然界、化工以及生物体内广泛存在管内气水两相流动，准确检测气水两相流动参数(相速度、相浓度、流量等)对认识这些流动过程优化有着至关重要的意义。电阻抗测量技术具有不干扰流场、快速、价格低廉、无放射性等优点，在气水两相流检测领域具有广泛的应用前景。
[0003]在电阻抗传感器工作过程中，用电流信号对传感器各个电极进行激励，得到各电极对的电压信号。这些电压信号包含了传感器内部的电导率分布信息。因此，根据得到的电压值结合特定的图像重建算法，如TV算法、正则化算法以及SBL算法等，即可反演出传感器内部的电导率分布，从而实现气水两相流的相分布测量。另一方面，利用电阻抗传感器阵列输出的上下游电压信号，结合互相关算法即可实现气水两相流的相速度测量。
[0004]一般情况下，管道内的气水两相流动过程及其复杂，相分布及速度不断发生变化，目前很难实时获取气水两相流相分布及速度的真实值。因此，在电阻抗传感器测量气水两相流时，由于缺少传感器内部气水两相流动参数的真实值，无法对电阻抗测量结果进行有效的定量评估，限制了电阻抗测量的优化和发展。
[0005]目前，在管内气水两相流相分布测量方面，通常采用静态评估方法对电阻抗测量结果进行评估，即在电阻抗传感器内部放置静态的气水两相流，然后对其测量结果进行误差分析。由于实际测量过程中的气水两相流是动态的，且流动过程具有高度随机性和不稳定性。因此，目前的静态评估方法很难准确反映出电阻抗测量的真实性能。在管内气水两相流速度测量方面，目前还没有可靠的评估方法对电阻抗测量结果进行有效的评估。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有的不足，针对目前管内气水两相流电阻抗检测评估方法存在的问题，提供一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法，有效解决了目前没有可靠的管内气水两相流电阻抗检测评估方法的问题。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法，其特征是，包括以下步骤：
[0008]步骤一：准备气水两相流相分布及速度测量的动态虚拟评估平台，气水两相流相分布及速度测量的动态虚拟评估平台包括气水两相流管道和电阻抗传感器阵列，气水两相流入口、气水两相流出口，电阻抗传感器阵列安装于气水两相流入口、气水两相流出口之间的气水两相流管道上，电阻抗传感器阵列由上游电阻抗传感器阵列和下游电阻抗传感器阵
列组成，上游电阻抗传感器阵列包含16个电极，下游电阻抗传感器阵列包含16个电极；
[0009]在气水两相流相分布及速度测量的动态虚拟评估平台的管道内进行气水两相流模拟，采用层流模型构建两相流动态流动，利用水平集方法跟踪油相和气相间的移动界面，获取上游电阻抗传感器阵列、下游电阻抗传感器阵列内部气水两相流的动态真实体积浓度分布m(t)和速度分布v(t)；
[0010]步骤二：利用公式(一)将电阻抗传感器阵列内部气水两相流的动态真实体积浓度分布m(t)转化为的动态气水两相流介电常数分布ε(t)；
[0011]ε(t)＝ε
water
m(t)+ε
gas
[1
‑
m(t)](一)
[0012]式中，ε
gas
是气的介电常数，ε
water
是水的介电常数；
[0013]步骤三：利用公式(二)将电阻抗传感器阵列内部气水两相流的动态真实体积浓度分布m(t)转化为的动态气水两相流电导率分布σ(t)：
[0014]σ(t)＝σ
water
m(t)+σ
gas
[1
‑
m(t)](二)
[0015]式中，σ
gas
是气的电导率，σ
water
是水的电导率；
[0016]步骤四：将气水两相流的动态介电常数分布ε(t)和动态电导率分布σ(t)数据导入到电阻抗传感器阵列的电流场模型；分别对上游电阻抗传感器阵列各电极对和下游电阻抗传感器阵列各电极对进行电流信号激励，并计算出上游电阻抗传感器阵列各检测电极对间的电压变化ΔVo1(t)和下游电阻抗传感器阵列各检测电极对间的电压变化ΔVo2(t)；
[0017]步骤五：根据电阻抗传感器阵列内部动态气水两相流介电常数分布ε(t)计算出上游电阻抗传感器阵列覆盖下的动态介电常数分布ε1(t)和下游电阻抗传感器阵列覆盖下的动态介电常数分布ε2(t)；根据电阻抗传感器阵列内部动态气水两相流电导率分布σ(t)计算出上游电阻抗传感器阵列覆盖下的动态电导率分布σ1(t)和下游电阻抗传感器阵列覆盖下的动态电导率分布σ2(t)；上、下游检测电极对间的电压变化ΔVo1(t)(或ΔVo2(t))与上下游电阻抗传感器阵列覆盖下的动态电导率分布Δσ1(t)(或Δσ2(t))的关系可以简化为下式：
[0018]ΔVo1(t)＝J[Δσ1(t)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(三)
[0019]ΔVo2(t)＝J[Δσ2(t)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(四)式中，J是EIT的灵敏场矩阵；
[0020]步骤六：电阻抗传感器阵列内部电导率分布反演是一个典型的反问题求解过程，选取需要进行评估的电导率分布反演算法ρ[.](如TV算法，SBL算法等)，利用上、下游电阻抗传感器阵列各检测电极对间的电压变化值ΔVo1(t)或ΔVo2(t)，重建出上、下游电阻抗传感器阵列覆盖下的气水两相流的动态电导率分布变化Δδ1(t)和Δδ2(t)；
[0021]Δδ1(t)＝ρ[ΔVo1(t)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(五)
[0022]Δδ2(t)＝ρ[ΔVo2(t)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(六)
[0023]步骤七：根据重建得到的上、下游电阻抗传感器阵列覆盖下的气水两相流的动态电导率分布变化Δδ1(t)和Δδ2(t)，利用互相关法即可计算出电阻抗传感器内部的气水两相流速度分布β(t)；
[0024]步骤八：用图像相关法(CC)计算出Δδ1(t)(或Δδ2(t))与真实动态介质分布Δσ1(t)(或Δσ2(t))的CC值，即可实现了基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布测量的动态定量评估；
[0025]步骤九：用互相关法计算得到的气水两相流速度分布β(t)与真实速度分布v(t)进
行对比及误差分析，即可实现了基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相速度分布测量的动态定量评估。
[0026]上游电阻抗传感器阵列包含16个电极，分别为S1
‑
1电极、S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一：准备气水两相流相分布及速度测量的动态虚拟评估平台，气水两相流相分布及速度测量的动态虚拟评估平台包括气水两相流管道(1)和电阻抗传感器阵列(2)，气水两相流管道(1)的两端分别设有气水两相流入口(1
‑
1)、气水两相流出口(1
‑
2)，电阻抗传感器阵列(2)安装于气水两相流入口(1
‑
1)、气水两相流出口(1
‑
2)之间的气水两相流管道(1)上，电阻抗传感器阵列(2)由上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)和下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)组成；上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)包含16个电极，下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)包含16个电极；在气水两相流相分布及速度测量的动态虚拟评估平台的管道内进行气水两相流模拟，采用层流模型构建两相流动态流动，利用水平集方法跟踪油相和气相间的移动界面，获取上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)、下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)内部气水两相流的动态真实体积浓度分布m(t)和速度分布v(t)；步骤二：利用公式(一)将电阻抗传感器阵列(2)内部气水两相流的动态真实体积浓度分布m(t)转化为的动态气水两相流介电常数分布ε(t)；ε(t)＝ε
water
m(t)+ε
gas
[1
‑
m(t)]
ꢀꢀꢀꢀ
(一)式中，ε
gas
是气的介电常数，ε
water
是水的介电常数；步骤三：利用公式(二)将电阻抗传感器阵列(2)内部气水两相流的动态真实体积浓度分布m(t)转化为的动态气水两相流电导率分布σ(t)：σ(t)＝σ
water
m(t)+σ
gas
[1
‑
m(t)]
ꢀꢀꢀꢀ
(二)式中，σ
gas
是气的电导率，σ
water
是水的电导率；步骤四：将气水两相流的动态介电常数分布ε(t)和动态电导率分布σ(t)数据导入到电阻抗传感器阵列(2)的电流场模型；分别对上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)各电极对和下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)各电极对进行电流信号激励，并计算出上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)各检测电极对间的电压变化ΔVo1(t)和下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)各检测电极对间的电压变化ΔVo2(t)；步骤五：根据电阻抗传感器阵列(2)内部动态气水两相流介电常数分布ε(t)计算出上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)覆盖下的动态介电常数分布ε1(t)和下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)覆盖下的动态介电常数分布ε2(t)；根据电阻抗传感器阵列(2)内部动态气水两相流电导率分布σ(t)计算出上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)覆盖下的动态电导率分布σ1(t)和下游电阻抗传感器阵列(2
‑
2)覆盖下的动态电导率分布σ2(t)；上、下游检测电极对间的电压变化ΔVo1(t)或ΔVo2(t)与上、下游电阻抗传感器阵列覆盖下的动态电导率分布Δσ1(t)或Δσ2(t)的关系可以简化为下式：ΔVo1(t)＝J[Δσ1(t)](三)ΔVo2(t)＝J[Δσ2(t)](四)式中，J是EIT的灵敏场矩阵；步骤六：电阻抗传感器阵列内部电导率分布反演是一个典型的反问题求解过程，选取需要进行评估的电导率分布反演算法ρ[.]，利用上、下游电阻抗传感器阵列各检测电极对间的电压变化值ΔVo1(t)或ΔVo2(t)，重建出上、下游电阻抗传感器阵列覆盖下的气水两相流的动态电导率分布变化Δδ1(t)和Δδ2(t)；Δδ1(t)＝ρ[ΔVo1(t)](五)Δδ2(t)＝ρ[ΔVo2(t)](六)
步骤七：根据重建得到的上、下游电阻抗传感器阵列覆盖下的气水两相流的动态电导率分布变化Δδ1(t)和Δδ2(t)，利用互相关法即可计算出电阻抗传感器(2)内部的气水两相流速度分布β(t)；步骤八：用图像相关法CC计算出Δδ1(t)或Δδ2(t)与真实动态介质分布Δσ1(t)或Δσ2(t)的CC值，即可实现基于电阻抗传感器阵列(2)的管内气水两相流相分布测量的动态定量评估；步骤九：用互相关法计算得到的气水两相流速度分布β(t)与真实速度分布v(t)进行对比及误差分析，即可实现基于电阻抗传感器阵列(2)的管内气水两相流相速度分布测量的动态定量评估。2.根据权利要求1所述的一种基于电阻抗传感器阵列的管内气水两相流相分布及速度分布测量的动态定量评估方法，其特征是，步骤一中，上游电阻抗传感器阵列(2
‑
1)包含16个电极，分别为S1
‑
1电极、S1
‑
2电极、S1
‑
3电极、S1
‑
4电极、S1
‑
5电极、S1
‑
6电极、S1
‑
7电极、S1
‑
8电极、S1
‑
9电极、S1

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜南，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：