油气水多相流过程参数可视化测试仪

This project aims at the design and implementation of a multisensory (electrical and ultrasonic sensor-array) instrument providing the visualization and measurement of oil-gas-water multiphase flow that frequently encountered in petroleum and chemical engineering industrial processes. The proposed instrument is re-configurable, frame-style and flexible in hardware, and also modular, multi-process and extensible in the dedicated software. This instrument is developed based on but beyond the past work on measuring instrument, and is dedicated to the time-variant multiphase flow situation with the philosophy of flexible system structure both on hardware and software. A high performance universal testing platform is built with the advantages of fast response, accurate measurement, as well as high extensibility and adaptability, all in the frame of standardization and modularization design. Heterogeneous information from multiple sources of electrical and ultrasonic sensors is optimally configured to accomplish the fusion characterization as well as the cross-sectional image reconstruction of multiphase flow. The process information of multiphase flow is effectively extracted, in a flow-condition-free and wide-range manner, basing on the fusion of electric/acoustic impedance information and environmental process compensation by incorporating the reconstructed phase distribution as prior information. The proposed instrument is an effective online testing tool for academic research on multiphase flow as well as practical industrial processes, providing comprehensive, real-time and reliable information on flow process.

针对石油、化工等工业过程中的油气水多相流，设计并实现基于电学与超声敏感原理的多传感器多相流过程参数可视化测试仪。该仪器具有可重构、框架式、柔性化的特点，配套软件具有模块化、多进程和可扩展的特点。该测试仪器的实现，是在已有测试系统研究工作的基础上，根据多相流实际流动状态的测试要求和系统软、硬件的柔性化设计要求，实现具有快速、准确、可扩展和适应能力强、以及满足标准化设计的高性能测试平台；解决基于电学与超声敏感原理的多源异质传感器在多相流测试中的配置优化，完成电学与超声两类测量模态对多相流过程信息的融合表征与相分布图像重建；以相分布重建结果作为先验信息，结合电阻抗信息和辅助过程参数检测信息，实现不受流动状态约束、具有较宽测试范围的多相流过程参数的有效提取。并应用于多相流问题研究实验及实际多相流生产过程中，使其达到能够全面、实时、可靠地获取流动过程信息，为多相流研究提供有效的在线检测手段和工具。

为满足石油、化工等工业过程中的油气水多相流问题科学研究与生产过程的测试需要，设计并研制了一种基于电学与超声敏感原理的多传感器多相流过程参数可视化测试仪，为提高多相流测量方法和技术的研究水平，实现多相流流动过程信息全面、准确、实时、可靠地获取，提供有效的测试方法和手段。.在电学与超声模态融合的“油气水多相流过程参数可视化测试仪”的研制中，为了实现流动过程状态和信息的准确获取，从基于不同敏感原理传感器多相流测试机理研究入手，对电学、超声模态传感器在流动过程中的敏感场分布、测试响应特性和传感器结构与配置方法进行了研究；并基于可重构、框架式、柔性化的设计要求，设计并开发电学、超声模态测试信息数据采集平台；基于模块化、多进程和可扩展的要求，设计并编制测试仪器应用软件；实现了“油气水多相流过程参数可视化测试仪”样机的研制。.针对电学、超声模态融合测试多相流流动特性和流动状态信息的准确提取、表征和过程参数测试模型的建立问题，通过应用研制的测试仪器样机，在油气水多相流实验装置上获取不同流动状态下的测试数据；通过采用非线性信息处理技术和数据融合方法，实现不同模态传感器流动过程特征信息的提取；并建立基于电导电容传感器融合测试信息的相含率测量模型、基于超声模态传感器测试信息的流速测量模型和基于多传感器测试信息融合的流速估计模型。.针对多相流流动特性和典型流动状态可视化图像的重建问题，在多相介质分布数值建模仿真和多相流流动过程实验测试的基础上，提出了基于边界元形状重建的多相流相界面分布重建算法，实现了流动过程状态的相界面可视化图像重建；提出了正则化参数选取方法、空间自适应正则化和混合正则化方法等改进的正则化图像重建方法，提高了图像重建的实时性和准确性；并针对大数据量、多维测试信息的有效利用问题，提出了基于压缩感知理论的可视化图像稀疏重建方法，提高了图像重建速度，并讨论了三维实时可视化图像重建的可行性。