电容探针法在水平管两相流测量中的应用

摘要

多相流动参数的测量一直是多相流研究者探索的热点课题，流动中各参数的准确测量对揭示多相流动的机理具有重要意义，现有的测量方法在不同方面都有其自身的缺点，因此探索新的有效的测量方法进行多相流参数的测量具有重要意义。 电导探针法是多相流测量中广泛使用的测量方法，但是，实验介质的含盐度、实验温度、电极间距的选择等都对实验结果造成影响。基于电导探针法的不足，研制了两种电容探针：单丝电容探针及针形电容探针。 单丝电容探针的一个电极为单芯导线内部的导电金属丝，另一极为介质中导电相与探针接触的润湿面即管道中液相的高度，当液相高度发生变化时，电容值发生变化。静态实验表明，该测量方法不受介质含盐度和实验温度的影响，给出了测量电压值与液相高度的相关曲线。针形电容探针的测量原理是：由于水的相对介电常数远远大于气相、油相的相对介电常数，电容探针的尖端接触到不同相时，输出电压信号将发生高低电平的转换。探针输出的电压波形为理想的矩形波，不需要用阈值法进行处理。 在大型多相流实验环道上进行了气水两相流的实验，应用单丝电容探针对水平管气水两相流的截面含水率进行测量，分层流型下，对比实验测得的截面含水率的值与应用Eaton模型、Hughmark模型、Mukheriee-Brill模型及Beggs—Brill模型计算得到的截面含水率的值，实验测量值与Mukhejee-Brill模型计算值吻合的较好。应用针形电容探针对气水两相流的流型进行了测量。流型发生变化时，安装在管道顶部的探针的输出电压信号发生变化，实验中观测到分层流、段塞流和环状流，三种流型下，探针的输出电压信号变化规律不同，因此，针形电容探针能够准确地识别分层流、段塞流以及环状流。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1研究的目的和意义

1.2文献综述

1.2.1含水率测量方法综述

1.2.2流型测量方法综述

1.3本文的研究内容

第2章电容探针的设计及静态实验研究

2.1电容探针的设计

2.1.1单丝电容探针

2.1.2针形电容探针

2.2电容检测方法选择

2.2.1谐振法

2.2.2振荡法

2.2.3交流电桥法

2.2.4充/放电法

2.2.5电容探针信号处理电路的设计

2.3静态实验研究

2.3.1单丝电容探针的静态实验研究

2.3.2针形电容探针的静态实验研究

2.4本章小结

第3章实验系统简介

3.1实验装置及流程

3.1.1实验装置简介

3.1.2实验流程

3.2实验数据的采集及处理

3.2.1数据采集系统及数据处理

3.2.2实验数据的滤波处理

3.3实验介质的物性

3.4本章小结

第4章截面含水率的测量与应用

4.1气水两相流截面含水率测量

4.2应用实验数据校验截面含水率计算模型

4.2.1截面含水率计算模型

4.2.2校验截面含水率计算模型

4.3油水乳状液反相研究

4.3.1乳状液简介

4.3.2油水转相研究

4.4本章小结

第5章电容探针法在流型判别中的应用

5.1电容探针法测量流型的研究

5.2探针信号统计分析法判别流型

5.2.1概率密度函数

5.2.2实验流型的统计分析

5.3本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果