[发明专利]一种监测段塞流及其诱导柔性立管振动的实验装置及方法

权利要求书

1.一种监测段塞流及其诱导柔性立管振动的实验装置，由供气系统、供液系统、实验测试管段、数据采集系统四部分组成；供气系统由气泵(1)、储气罐(2)、进气阀(3)、球形气体流量计(4)组成，并通过输气管线依次连通；供液系统由水箱(5)、水泵(6)、进液阀(7)、液体电磁流量计(8)组成，并通过输液管线依次连通；输气管线末端与输液管线末端通过Y形三通(12)连接至下游管线，Y形三通(12)出口经一段水平管路后与实验测试管段相接；实验测试管段经管线连接至水箱(5)上方，且水箱(5)上方管线出口高于液面；其特征在于：实验测试管段由一段悬挂透明管(20)和套在其外侧均匀分布的五个标定件组成，悬挂透明管(20)两端由固定压板固定；数据采集系统由仰视高速摄像机(25)、正视高速摄像机(26)、五个压力传感器、两个压力数据存储器和采集终端(27)组成；进气管压力传感器(10)和进液管压力传感器(9)分别安装在输气管线末端和输液管线末端，并连接混合前支管压力数据存储器(11)；实验测试管段上安有三个压力传感器，分别位于测试管段底端、中段和顶端，三个压力传感器连接测试管段压力数据存储器(24)；高速摄像机拍摄的视频图像和压力数据存储器储存的数据统一储存于采集终端(27)。

2.如权利要求1所述的一种监测段塞流及其诱导柔性立管振动的实验装置，其特征在于：标定件为边长D₁的正方体，中间开有直径为D₂的圆柱形通孔，正方体四个侧面涂有直径为D₃的黑色圆形(28)；标定件圆柱形通孔直径D₂等于实验测试管段直径D，标定件边长D₁等于1.2D，标定件侧面黑色圆形(28)直径D₃等于D。

3.利用如权利要求1所述的监测段塞流及其诱导柔性立管振动的实验装置可以提供一种监测段塞流及其诱导柔性立管振动的实验方法，其特征在于：调节高速摄像机景深和光圈，使其清晰辨认五个标定件的黑色圆形(28)；在水箱(5)中加入染色剂，使液体染色，提高气液对比度；打开气泵(1)、水泵(6)，调节进气阀(3)和进液阀(7)，使实验测试管段内出现稳定的段塞流；同时启动两台高速摄像机和五个压力传感器，同步捕捉标定件黑色圆形(28)的位移和监测五个压力测试点的压力；监测足够长时间后，停止监测；高速摄像机按一定时间间隔记录了实验测试管段的图像，每一帧图片都可以辨识管内段塞位置、尺寸以及标定件上黑色圆形(28)的位置；利用标定件黑色圆形(28)的实际直径和其在图像上所占的像素单元，可以将图像尺寸与实际尺寸关联，由此得到每帧图像对应的段塞实际长度、位置及标定件黑色圆形(28)的圆心位置；按时间序列将每帧图像处理后，可得到段塞的运移速度和标定件黑色圆形(28)圆心的位移响应；由五个标定件黑色圆形(28)圆心的位移数值，可以得到对应实验测试管段五个不同位置的振动情况。