[发明专利]基于超声波双频信号测量两相流含气率的方法

权利要求书

1.一种基于超声波双频信号测量两相流含气率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100，在一段需要进行两相流含气率测量的直管道的两端分别设置超声波发射探头和超声波接收探头；

步骤S200，通过所述超声波发射探头产生沿直管道内流体传播的激励频率分别为第一激励频率和第二激励频率的两个超声波信号；

步骤S300，通过所述超声波接收探头检测接收到的两个所述超声波信号的特征参数；

步骤S400，根据所述第一激励频率、所述第二激励频率、纯液体传播速度、两相流中气泡的共振频率、气泡的振动阻尼和两个所述超声波信号的所述特征参数计算含气率；

所述特征参数包括所述超声波信号的发射初始幅值和接收衰减幅值；

所述步骤S400包括：

步骤S410，根据所述超声波信号在两相流中的等效传播速度c_m和纯液体中的纯液体传播速度c，确定如下传播速度比方程：

其中，u和v是复数域参数，u是实部参数，v是虚部参数，i为虚数单位；

步骤S420，通过所述超声波接收探头检测与所述第一激励频率对应的第一发射初始幅值和第一接收衰减幅值，以及与所述第二激励频率对应的第二发射初始幅值和第二接收衰减幅值；

步骤S430，根据所述第一发射初始幅值、所述第一接收衰减幅值、所述第二发射初始幅值和所述第二接收衰减幅值计算所述复数域参数；具体地，根据所述第一发射初始幅值和所述第一接收衰减幅值计算第一虚部参数，根据所述第二发射初始幅值和所述第二接收衰减幅值计算第二虚部参数；预设分别与所述第一虚部参数对应的第一实部参数和与所述第二虚部参数对应的第二实部参数；

步骤S440，根据所述复数域参数计算气体体积分数和气泡平均半径；具体地，根据所述第一虚部参数、所述第二虚部参数、所述第一实部参数和所述第二实部参数，计算所述气体体积分数和所述气泡平均半径；

步骤S450，根据所述气体体积分数和所述气泡平均半径计算所述复数域参数；具体地，根据所述气体体积分数、所述气泡平均半径、所述第一虚部参数和所述第二虚部参数，计算所述第一实部参数和所述第二实部参数；

步骤S460，重复执行步骤S440及步骤S450，当所求得的所述气体体积分数与上一个循环所求得的所述气体体积分数的误差在1％以内时，取此时求得的所述气体体积分数为最终结果；

步骤S470，根据所述气体体积分数计算所述含气率；

所述根据所述第一虚部参数、所述第二虚部参数、所述第一实部参数和所述第二实部参数计算所述气体体积分数和所述气泡平均半径的步骤包括：

根据所述第一虚部参数、所述第二虚部参数、所述第一实部参数和所述第二实部参数，基于第一公式，计算所述气体体积分数和气泡平均半径；

所述计算所述第一实部参数和所述第二实部参数的步骤包括：

根据所述气体体积分数、所述气泡平均半径、所述第一虚部参数和所述第二虚部参数，基于第二公式，计算所述第一实部参数和所述第二实部参数；

所述第一公式如下：

所述第二公式如下：

其中，β是所述含气率，ω是所述激励频率，δ是所述振动阻尼，ω₀是所述共振频率，R是所述气泡平均半径。

2.根据权利要求1所述的基于超声波双频信号测量两相流含气率的方法，其特征在于，

所述接收衰减幅值包括在气液两相流中的实际接收衰减幅值A和在纯液体条件下的理论接收衰减幅值A_ref；

虚部参数的计算公式如下：

其中，f是超声波信号的频率，L是所述超声波发射探头与所述超声波接收探头之间的距离。

3.根据权利要求2所述的基于超声波双频信号测量两相流含气率的方法，其特征在于，

在气液两相流中的实际接收衰减幅值A的计算公式如下：

其中，p₀是所述超声波发射探头处的所述发射初始幅值。