基于近红外光谱吸收特性的气液两相流相含率检测装置的研究

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近年来,随着社会对能源需求的增加和石油工业的不断发展,多相流不分离测量技术显得越来越重要,气液两相流流动机理的研究是解决多相流测量的理论基础。多相流相含率的测量对于单相流量计量、生产过程控制和工业设备运行可靠性等方面具有重要的意义。目前,相含率的测量有多种方法,其中基于流质电学特性的测量方法是较为成熟的技术,但是测量时,传感器和信号处理电路易受现场复杂电磁环境的干扰,产生较大的测量不确定度。因此本研究采用多相流质对红外线强度的调制原理对气液两相流液相体积含率进行了测量。并且红外线相较于可见光还具有能穿透颜色较暗的物体的优势,这在原油生产现场具有很重要的应用价值。本论文简单介绍了多相流模拟系统的硬件建设情况并详细解释了该系统基于LabVIEW的软件编制和运行情况,并在此基础上复现了垂直管道和水平管道气水两相流的多种流型,为后续的两相流液相体积含率的检测实验奠定了基础。分别通过近、中红外光谱扫描,确定了水和有机玻璃(PMMA)对红外的透过谱段,并确定了本装置所采用的红外谱段;通过对气水混合物与红外线选定谱段的作用方式的研究,给出了本装置的数学模型并确定了装置的结构。通过实验获得了7组流型下不同工况点的实验数据,使用这些数据完成了流型识别算法的确定并利用提取的特征量拟合出各流型下液相体积含率的计算公式,最终水平和垂直流向泡状流相含率拟合相对误差达到了±5%,水平和垂直流向环状流的相对误差分别达到了±15%和±30%,另外三种流型由于液相体积含率的分布和数值大小关系没有收到较好的拟合效果。
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