[发明专利]基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于两相流测量技术领域，涉及过程流动成像研究领域的信息技术，特别是一种基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法。

背景技术

弹状流(slug flow)是多相流(尤其是油气混输管道)中一种最常见的流型，由于其流动的间歇性，引起管道中持液率和压力的急剧波动，并使运行在该流型下的管道相应承受间歇性应力冲击。同时，离开管道末端的大液塞会引起下游设备中的液位剧烈波动。为保证管线和下游处理设备的最优设计和安全操作，必须能够掌握、测量和预报弹状流特征参数的大小与变化规律。弹状流的特征参数强烈依赖于管道的几何尺寸和流体的物性参数，由于实验室试验条件和实际工业管道几何与运行条件的差别，实验室模拟试验的结果应经过现场试验数据的检验和修正才有应用价值。因此，如何从现场工业管道上获得有价值的试验数据，成为弹状流流动特性研究的关键。

电学层析成像技术是基于电特性敏感机理的过程层析成像技术，它的物理基础是基于不同的媒质具有不同的电特性(电导率/介电系数/复导纳)，判断出敏感场内物体的电特性分布便可推知该场中媒质的分布情况。它运用传感器阵列形成旋转的空间敏感场，对包含多种不同介质的容器或管道从不同的观测视角进行扫描，当场内介质的电特性分布发生变化时，场内电流密度、电势分布也随之变化，从而导致场域边界上的测量数据发生变化，边界测量数据的变化信息对应电特性的变化信息，运用相应的成像算法，便可重建出实际对象的物质分布，并可对物场分布实现可视化。

目前电学层析成像技术在两相流测量的应用，主要可以概括为以下几个方面：

1、提供被测流体在流体管道某一横截面的实时图像，用于识别与判断两相流的流型及确定相间界面；

2、用于确定两相流体各相组分在容器或管道中的局部浓度分布，进一步处理分析可得到各相组分的总浓度；

3、确定离散相的颗粒尺寸和运动轨迹等微尺度参数；

4、将电学层析成像技术与相关技术结合可以获得两相流的速度信息，通过图像重建可以获得截面分相含率信息，二者结合可实现对两相流体的总流量、各分相流量的测量及流体在管道横截面上速度分布的实时测量。

其中与相关技术的结合由于可以获得两相流的速度信息，拓宽了电学层析成像的应用范围。

目前文献中，通过像素相关的方法可以获得测量截面速度场的分布，如Wang M等人2006年发表于《粒子与粒子系统表征》(Particle&Particle Systems Characterization)第23卷，第321-329页，题为《应用电阻层析成像可视化漩涡流中气泡速度分布》(Visualisation of bubbly velocity distribution in a swirling flow using electrical resistancetomography)的文章，如G.Vilar等人2008年发表于《化学工程学报》(Chemical EngineeringJournal)，题为《应用电阻抗层析成像在线分析振荡折流板反应器中分布结构》(On lineanalysis of structure of dispersions in an oscillatory baffled reactor using electrical impedancetomography)等；但是由于无法将截面的每个象素与实际的多相流组分一一对应，所以无法准确获得相关速度的物理意义，也无法获得弹状流中液弹的平均速度和液弹长度。

目前文献中提及利用电学层析成像技术对弹状流进行测量，需要结合更多的其他数据，比如视频图像，如K.L.Ostrowski等2000年发表于《化学工程学报》(ChemicalEngineering Journal)的第77卷，第43-50页，题为《电容层析成像在水平管气动输送器流型在线、离线分析中的应用》(Application of capacitance electrical tomography for on-lineand off-line analysis of flow pattern in horizontal pipeline of pneumatic conveyer)。但是具体的应用电学层析成像技术测量弹状流中液弹的速度和长度，尤其是只利用电学层析成像系统所获得的测量值不结合其他测量数据的方法尚未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法，有利于精确测量水平管弹状流参数，节省了测量成本。