[发明专利]基于双流体截面灵敏度分布的电导探针关键部件尺寸优化方法

说明书

本发明涉及一种基于双流体截面灵敏度分布的电导探针关键部件尺寸优化方法，用于环形空间双传感电导探针的分相持率测量部件的几何尺寸优化，环形空间双传感电导探针由分相持率传感器、相关测速传感器及管道中心绝缘插入体构成；分相持率传感器由四对或四对以上弧形电极构成，各对弧形电极均匀分布在沿管道内壁的圆周上，每对弧形电极均由激励电极和测量电极构成；通过计算分相持率传感器中心空间流体截面以及上游流体截面的灵敏度分布，提取有效灵敏度和有效信息率两个优化指标，最终确定分相持率传感器的最优几何尺寸。本发明的优化结果可有效提高环形空间分相持率传感器的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及一种用于两相流流动参数测量的电导探针的关键部件尺寸优化方法。

背景技术

两相流现象广泛存在于石油工程、化学工程、冶金工程、核工程、航空与航天工程等传统工业和新兴工业领域中。气液两相流是指气相与液相不相容物质的混合流动体系。由于气液两相流中各成份之间存在着密度、粘度等物理性质上的差异，在流量、压力、重力及管路形状等诸多因素的影响下，导致气液两相流流动参数测量十分困难。总流量和分相流量是气液两相流工业应用系统中的重要流动参数，它的精确测量对于生产过程计量、控制和运行可靠性都具有重要意义。

两相流流动参数测量技术主要包括超声法，光学法，射线法，电容法，电导法等。由于电导传感器具有原理清晰、结构简单、响应稳定等诸多优点，已广泛地应用于多相流参数测量中。目前油井动态监测普遍使用的环形电导式传感器(ZL98250643.2)主要响应于测量电极之间分散相平均浓度特性，该类电导传感器结构相对简单，传感器响应稳定，可完成对油水两相流含水率测量。但是，上述环形电导式传感器灵敏场分布均匀程度不高，流动参数测量结果受两相流流体流动结构影响较大，导致测量结果精度较低。

发明内容

本发明目的是提供一种基于双流体截面灵敏度分布的电导探针关键部件尺寸优化方法，旨在提高环形空间分相持率传感器的空间分辨率，以达到提高电导探针两相流流动参数测量精度的目的。本发明的技术方案如下：

一种基于双流体截面灵敏度分布的电导探针关键部件尺寸优化方法，用于环形空间双传感电导探针的分相持率测量部件的几何尺寸优化，其特征在于，所述的环形空间双传感电导探针由分相持率传感器、相关测速传感器及管道中心绝缘插入体构成；分相持率传感器由四对或四对以上弧形电极构成，各对弧形电极均匀分布在沿管道内壁的圆周上，每对弧形电极均由激励电极和测量电极构成；管道中心绝缘插入体迫使两相流流体在环形空间内流动；将分相持率传感器内的空间定义为中心空间，将管道中心绝缘插入体与管道内壁之间的空间定义为环形空间，将与中心空间流体截面相邻，且相对于中心空间流体截面为流体的来流方向的截面为上游流体截面，通过计算分相持率传感器中心空间流体截面以及上游流体截面的灵敏度分布，提取有效灵敏度和有效信息率两个优化指标，综合考虑中心空间流体截面和上游流体截面的灵敏度分布特性，以使有效灵敏度和有效信息率最大化为优化目标，最终确定分相持率传感器的最优几何尺寸。

具体可以包括以下步骤：

(1)建立分相持率传感器的有限元模型，并设置模型中各实体的单元类型及材料属性，

(2)将环形空间内流体的二维截面规则地剖分为若干个四边形，以该二维截面为扫略源，对三维流体进行映射剖分；(1)中所述有限元模型的其他部分采用自由方式剖分；对各激励电极施加+0.1mA直流电流，对各测量电极施加-0.1mA直流电流，并对各测量电极施加边界电压0V；

(3)设置环形空间内流体为水相，计算某个激励电极上的电压值；改变中心空间流体截面上某个剖分单元的导电特性，即将该单元的导电属性由水相变为油相，再计算该激励电极上的电压值；根据激励电极上电压的变化值获得该单元上的灵敏度，即单元灵敏度；依次改变中心空间流体截面上各单元的导电属性，可获得各单元所在位置处的单元灵敏度，从而得到分相持率传感器在中心空间流体截面的灵敏场；