水平油水两相流超声/电学阵列传感器融合测试方法

The process information acquisition of horizontal oil-water two-phase flows is a common challenge in petroleum and chemical industries. This project studies the methodologies of using a combination of an ultrasonic/electrical sensor-array to measure the non-uniform oil-water two-phase flow. The multi-sensitive field coupling simulations of two-phase flow field, electrical sensing field and ultrasonic sensing field are conducted, in order to investigate the distribution characteristics of electrical sensing field and the attenuation, velocity and Doppler effect of ultrasound that modulated by the dynamic response of a polydisperse and non-uniform horizontal oil-water two-phase flow; Allocation of the dual-modality sensor array is optimized on the spatial sensitivity and information acquisition to obtain the comprehensive information about the flow process; The multi-parameter and multi-scale features are extracted by multi-variant time series analysis; A physical two-phase flow model is built based on efficient multisource information fusion models derived from the analysis of the correlative character and information fusion of the dual-modality sensors data; The dual-modality multi-sensor data acquisition system is developed for the purpose of acquiring the flow characteristics of oil-water two-phase flow in a comprehensive, real time and accurate manner. This system provides a non-intrusive and radiation free measuring approach for the researches of multiphase flow and industrial applications.

针对石油、化工等工业过程中的水平油水两相流动过程信息获取问题，开展基于超声与电学敏感原理组合的分布式阵列传感器在非均匀相分布油水两相流中的测试方法研究。采用两相流场、电场与声场耦合数值仿真方法，分析多分散、非均匀分布油水两相流的动态流动过程对电学敏感场分布与超声衰减、声速以及多普勒效应的调制特性；开展双模态阵列传感器敏感空间与测量信息的配置优化，全面获取流动过程的双模态多维测量信息；采用多变量时间序列分析方法实现两相流动多参数、多尺度特征提取；开展双模态传感器获取信息的关联性分析、多源异质传感器信息融合方法研究，建立以两相流物理模型为核心的多源信息融合测量模型，提高数据融合的有效性；研制双模态多维传感器测试系统，使其能够全面、实时、准确地获取两相流动过程信息，为多相流研究提供无扰动、无辐射的在线检测方法和工具。

针对石油、化工等工业过程中的水平油水两相流动过程信息获取问题，开展基于超声与电学敏感原理组合的空间阵列传感器在非均匀相分布油水两相流中的测试方法与系统研究，取得主要结果如下：.1..采用两相流场、电场与声场耦合数值仿真方法，分析油水两相流多分散、非均匀分布的动态流动过程对电学敏感场分布与超声衰减、声速以及多普勒效应的调制特性，揭示了超声在弱声阻抗比的液液两相流中的衰减非线性特性的形成机制，构建了新型的超声传感器分布方式及其测量机理模型。.2..开展双模态阵列传感器空间与信息的配置优化，获取双模态多维测量信息，进而研制双模态多维传感器高速测试系统样机4套，在油气水多相流实验装置上进行的大量动态实验结果表明，研制的测试系统可稳定获取两相流、三相流的动态数据。.3..开展双模态测试数据的关联性分析、多源异质传感器信息融合方法研究，建立了多种以两相流物理模型为核心的多源信息融合测量模型与流态分析方法，并将研究扩展至气液两相流与油气水三相流的过程参数检测中，以上模型与方法经多相流装置实验验证，相含率与流速估计误差均小于±5%，达到了国际先进水平。.以上研究工作共发表SCI检索论文21篇（含待检），在国内核心刊物与相关学术会议上发表EI检索论文17篇，在SCI检索国际期刊上组织多相流检测与成像为主题的专刊2部；申请国家发明专利22项，获得授权10项；培养博士研究生6名，硕士研究生16名；相关成果获得2016年《仪器仪表学报》优秀论文奖；2018年第22届世界测量大会IMEKO World Congress InstMC Poster Prize-Highly Commended 奖。研制的系统样机及测量方法、模型已经在中国石油大学、华北油田等科研与生产现场进行应用和试用，为多相流研究提供了一套无扰动、无辐射的在线检测方法和工具。