多年的实验和经验，也发现差压信号相比于其他特征信号，能够体现更多的流动信息，这些信息或多或少都能够体现两相流的流型特征。本文主要讨论水平管道的气液两相流流动。气液两相流流型识别实验系统框图如图所示。图气液两相流流型识别实验系统框图实验系统个部分主要包括气相与液相的产生气相是由空气压缩机将空气压缩得来，液相由离心式水泵将水库的水抽出使用，通过各自稳压罐稳定气压和水压之后，两相经过充分的流动使气相和水相稳定。气相与液相的参数计量气液两相分别经过气体质量流量计和电磁流量计，对两相的流量进行计量，同时温度传感器和压力传感器测量实时温度和压力。两相进行混合稳定气相和液相进入气液混相器产生气液两相流，再经过段长管段充分流动进稳定，得到实验所需的气液两相流。流型观察经过充分稳定的气液两相流流经透明的观察管段，以便观察流型，同时使用相机拍照对流型进行捕捉。万方数据中国计量学院硕士学位论文两相流差压信号的形成与采集将型内锥流量计安装在两相流流经的管路上，当流体流过流量计，差压变送器将会采集两相流的差压信号并同时将其转化为电信号。差压信号的传送差压变送器的电信号经过数据采集卡进行采集，同时传入上位机存储分析。实验系统简介根据气液两相流流型识别实验系统的要求，所搭建的系统实物图如图所示。由于空气压缩机和水泵在运行过程中会产生巨大声响和振动，会对测量和采集过程产生影响，因此，将空气压缩机和水泵两部分置于其他房间，尽可能减少这部分的影响。流量计观测管实验管段和水流循环装置如图中所示放置。实验台有两列平行管道，分别是直径和直径，本实验研究口径两相流的不同流型。气相和液相管路上的球阀，用来改变气相和液相流量大小，从而改变两相流混合后的流型。图气液两相流实验装置图气液两相流实验系统示意图如图所示。系统中流体是在管径中流动，气相为空气，液相为自来水。空气经过气体压缩机稳压器后，流过气体质量流量计进行流量计量，水由水泵抽出，经过稳压器和电磁流量计，与气相在气液混合器中混合。在气相和液相管道分别安装了压力表温度计对管道内热工参数进行计量。两相充分混合后的气液两相流，先后经过观察管段和实验管段。观察管段是口径的透明管道，长度大约，可以用肉眼万方数据中国计量学院硕士学位论文观察流型的状态，实验管段装有节流装置，进行两相流信号的测量和采集。气液两相流最后经过气水分离，气体排入空气中，水流入水库，进行循环使用。图气液两相流实验系统示意图实验系统各部分介绍气相和液相的产生气液两相流中的气相是由空气压缩机将空气压缩至气体稳定罐得来，稳压罐能够减少气体产生过程中本身形成的干扰。之后经过长管道的流动，使气相充分发展，各项参数趋于稳定。实验中，气相入口压力为，气相流量记为的范围是。液相是由离心式水泵将水库中的水抽出来送入稳压罐，经过长管道稳定，使液相达到实验要求。离心式水泵的最大扬程，电机功率，足够满足实验要求。水流量也可以由变频器控制水泵的电机转速，进行水流量大小的粗略调节。实验中液相流量记为范围是。气相和液相的参数测量稳定后的气相和液相分别流经安装了标准流量计的管道进行参数测量，气相由塞尔瑟斯仪表公司的大量程热式气体质量流量计测量，液相由上海光华爱而美特仪器的电磁流量计进行计量。电磁流量计，简称是根据电磁感应定律工作的流量计，它能测量具有定电导率液体的体积流量，具有结构简单测量范围广反应灵敏无机械惯性压力损失小可测量脏污腐蚀性介质两相流贮气罐水箱水泵气泵压力表温度计电磁流量计压力表温度计气体质量流量计混相器观测发展流型管段约锥流量计万方数据中国计量学院硕士学位论文等优点。本实验选择上海光华爱而美特仪器有限公司生产的型号电磁流量计进行测量，流量计的内径选择为实验管道相同的内径。流量计测量范围为，仪表精度等级为，额定功率，该仪表表头可以同时显示瞬时流量和累积流量。实验中采用热式气体质量流量计进行气体流量的计量。因为气体在不同温度压力下，其密度不同，所以传统根据体积参数计量气体流量的方法误差会很大。而热式气体质量流量计的输出信号能直接反映被测流体质量流量，不需要单位的转换，原理上与介质所处的状态参数和物性参数无关，具有高准确度高重复性和高稳定性的特点。本实验选择塞尔瑟斯仪表公司的大量程热式气体质量流量计进行测量，流量计采用高灵敏度的传感器直接在管道内测量流量，没有层流件和压损，反应速度快，漂移小。仪表使用时需要外部供电，测量范围为，准确度为，重复精度为，响应时间，耐压，无比热容附加误差，瞬时流量累计流量压力温度等可以同时显示。混相及观察气相和液相在气水混相器中进行混相，得到稳定的气液两相流。如果气相液相进入混相器的流速不同，混相之后得到的两相流便会呈现不同的流型。混相器内置于管道中，其后有段长约透明直管段，用来稳定流型和观察流型。实验中选择口径管道进行实验。差压信号的产生和采集气液两相流的差压波动信号，是通过在管路中安装节流装置产生。实验中选用的节流装置为型内锥流量计。从测量方面考虑，与其它流量计相比，锥流量计本身具有稳定性好精度高响应时间短测量范围宽等优点。从原理结构方面考虑，在锥流量计中心有与管道同轴的锥体结构，这结构改变了节流装置的节流布局，使节流方式从中心孔节流变为环状节流。这种结构不仅匀化了流体流动横截面的流速，而且对流型干扰小于孔板等节流装置。这种结构的使用使得锥流量计具有耐磨损压损小易清理等特点。实验采用的锥流量计内径为，精度等级为，流出系数为，流量范围，流通直径比，膨胀系数水气。差压波动信号具有很强的非平稳性，为避免动态信号在采集过程中失真，万方数据中国计量学院硕士学位论文本身采用扩散硅式差压变送器。差压变送器将锥流量计得到的压差，转变为电信号输出。实验中采用南京宏沐科技有限公司生产的差压变送器，变送器的差压敏感芯片和专用变送器集成电路是由德国公司制造。变送器量程为，精度为，需要供电，响应时间小于，输出为电流。通过实验发现，此差压变送器完全满足实验要求。通过差压变送器送出的电流信号，需要通过数据采集卡进行采集。实验中数据采集卡为美国国家仪器公司生产的数据采集板卡。板卡具有的采样率路位分辨率单端模拟输入个位计数器条数字线以及路位模拟输出，两相流信号采用采样率采样，所以此板卡完全能满足要求。由于从差压变送器得到的是电流信号，而板卡只能采集电压信号，因此，电流需要通过欧姆电阻将电流信号变为电压信号，再由数据采集卡进行采集。本实验中，上位机系统可以设定采集参数，包括采样率和采样点数，这些参数的设置，很大程度上影响着信号的采样精度及后续信号的处理效果。由经验知，两相流的差压波动信号主要集中在以内，最大不会超过。为了完整的复现信号，使存储的采样信号能够包含完整的原信号特征，根据采样定理，实验中选取作为采样频率，且每段的采样点数设置为个，也就是采集，可以满足复现实际信号特征的要求。系统同时可以实时显示两相流差压波动信号，让实验者观察采集信号的基本波形。当发现采集信号稳定时，就可以进行信号采集，每次采集持续，如果发现采集信号不理想，可以设置重新采集或将采集信号时间延长。上位机保存处理信号由数据采集板卡采集到的电压信号送入上位机中，两相流流型识别系统根据采集要求，每次采集足够体现原信号的特征的个数字量，将数字量信号存入表格或文本文档中，以供后续提取分析。节流装置差压式流量计是根据安装在管道中的流量检测原件所产生的差压来测量流量的仪表，节流式差压流量计是其中最主要的种。标准孔板标准喷嘴文丘里管等都是主要标准节流元件，占整个工业领域内流量计总数的半以上。节流式差压流量计结构简单，使用寿命长，应用范围广，其设计加工万方数据硕士学位论文基于动态差压信号的气液两相流特性研究作者刘彤校内导师孙斌教授校外导师文英杰高工专业领域仪器仪表工程中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文基于动态差压信号的气液两相流特性研究作者刘彤专业领域仪器仪表工程校内导师孙斌教授校外导师文英杰高工申请学位工学硕士论文类型应用研究二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢两年多的研究生生活转瞬即逝，回想刚迈进校门的那天，两年的时间，自己在导师同学的帮助下，不仅学到了许多知识，掌握很多技能，而且建立了友谊，丰富了人生经验，学到为人处事方法，得到人生中最宝贵的财富。首先，特别感谢我的指导老师孙斌老师。孙老师治学严谨，在这两年多的科研生活中给予了我很大帮助。不论是写论文还是科学研究，孙老师总能够及时的解答我们的问题，同时和我们起探讨，引导我们如何认识问题解决问题。这篇论文的撰写不仅仅是我，同时也包含着孙老师的心血。从最开始的选题，到修改题目，再到整个论文的完成，孙老师直指导我，纠正我出现的错误，探讨解决问题的方法，最终完成了整篇论文。从孙老师身上，我学习到的不仅仅是科研的严谨态度，还有待人处事的道理。其次，我还要感谢我的校外指导老师文英杰老师。在杭州市质量技术监督检测研究院进行实习时，文老师也给予我很大帮助，主动帮助我熟悉仪器，讲解仪器原理，并且亲自试验仪器的使用过程，使我能够很快上手。文老师知识渊博，待人诚恳，让我看到了个科学研究者应有的研究态度。实验室的同学是我这两年朝夕相处的伙伴，正是因为有了他们，使我两年多的研究生生涯不至于枯燥无味。感谢陈飞师姐直对我的关心和爱护，不仅在学习上，也在生活上给了我极大的关注和帮助。感谢张帅赵鹏万鹏