随着环保要求的提高和能源结构的清洁化转型，天然气需求量逐年增加。煤改气工程的实施引发了全国范围内的气荒。天然气的高效开采与输运对提高供应能力至关重要。天然气在开采输运过程中常以气液两相流的形式存在。准确判别气液两相流流型、精确测量含气率对天然气高效生产和安全输运具有重大意义。与传统测量方法相比，电容层析成像（Electrical Capacitance Tomogrpahy,ECT）技术具有无辐射、非侵入、无干扰、成像速度快和成本低等优点，广泛应用于气固两相流测量。但是，电容层析成像在气-水两相流测量方面仍面临诸多挑战，例如，当气-水两相流体压力高达到1.5MPa时，需要增加传感器壁面厚度以保证耐压性，壁面厚度的增加将导致测量信号变弱;其次，水气的介电常数比高达80，远高于气-油或者气-固介质的介电常数比，重构图像易发生变形。　　本文的主要目的是通过数值仿真的方法探索介质的介电常数对电容层析成像的影响以及传感器壁面厚度对成像质量的影响，并以此为基础设计可用于气液两相流流型识别和含气率在线监测的ECT传感器进行现场实验研究。　　通过仿真计算研究传感器成像区域内介质的介电常数对成像质量的影响。仿真过程中的研究变量为满场介电常数，依次设置为2、5、10、20、40和80，空场介电常数设置为1。仿真涉及的流型为分层流、环状流和泡状流三种流型，分别用线性反投影(Linear Back Projection，LBP)算法和Landweber迭代算法进行图像重构。通过图像误差、相关系数以及空隙率等参数对重构图像进行定量分析与评价。在研究介质的介电常数对层析成像的影响时，分为两种壁面厚度进行探究。通过增加空场介电常数值，即降低满场与空场介电常数比，改善高介电常数下的重构图像扭曲变形问题。　　通过仿真计算，研究不同壁面厚度下的传感器性能差异，包括壁面厚度对电容测量值的影响，壁面厚度对敏感场的影响，重构图像随壁面厚度增加过程中的变化情况，并且通过图像误差与相关系数对重构图像质量进行定量评价。在壁面厚度的影响研究中，使用8电极、内径50mm的ECT传感器，壁面厚度由2.5mm增加到15mm，针对六种不同厚度的传感器进行仿真计算。介电常数比设置为80和2.5，分别模拟气-水、气-油两相。同时，对比了不同的电容归一化方式对图像重构的影响。图像重构使用的算法为LBP和Landweber迭代算法。对不同壁面厚度下，传感器内的激励信号分布、敏感场分布情况、三种流型的电容值以及重构图像的空隙率随壁面厚度的变化趋势作出了分析。　　气液两相流的实验研究内容包括静态实验和动态实验两部分。通过静态实验对比并验证仿真部分壁面厚度对重构图像影响。设计了三种壁面厚度的传感器，使用油-空气、水-空气为成像介质进行静态实验。在对电容测量值分析的基础上，通过信噪比和空隙率对传感器性能进行定量评价。最后，结合数值计算与静态实验的研究，设计了可以用于天然气-水两相流在线成像和含气率测量的ECT传感器。实验结果表明，ECT识别的气液两相流流型与实验工况在T-D流型图上的分布具有良好的一致性。利用重构图像和电容平均值均可以实现对空隙率的在线监测，并且两种方法测量的空隙率变化趋势基本相同。