小通道气液两相流参数检测方法的研究

小通道（水力直径为200μm<Dh≤3mm）气液两相流流动特性与常规通道相比有着较大的区别，研究其参数检测方法是小通道两相流研究中亟需解决的问题。本项目针对小通道气液两相流流动特点，引入非接触热式质量流量传感器，结合压力、电容以及高速摄像传感器，实现对小通道两相流的流型、空隙率和流量等参数的测量。该方法首先利用多种现代信息处理技术和数据挖掘方法，对压力波动信号和电容波动信号进行分析处理，提取反映流动信息的特征值，并在多源信息融合技术的框架下，实现流型的在线辨识；在此基础上，从电容和流动图像信息中提取空隙率有关信息，建立流型-空隙率测量模型并进行小通道气液两相流空隙率的估计；最后基于热式质量流量传感器，构造流型-空隙率-流量测量模型，实现小通道气液两相流流量测量。本项目的完成具有重要的理论和实用价值。不仅可以为小通道气液两相流参数检测提供有效的方法，也可为其他小通道两/多相流研究提供借鉴。

随着工业设备向小型化、微型化发展，小通道气液两相流也越来越多地出现在这些设备和系统中，对其机理和检测技术的研究也日益受到重视。然而，小通道下有限的检测手段已经成为小通道两相流的研究和发展的瓶颈，本项目针对小通道两相流发展的现状和问题，提出了利用多种传感手段进行典型流动状态下的流型、相含率和流量等参数测量的新方法。经过三年的努力，已顺利完成了研究目标，主要的研究成果如下：.1）设计了适用于小通道的柔性电容传感器，成功地将常规管道的电容检测手段引入小通道参数检测中。对采集的微弱电容信号利用小波分析和Hilbert-Huang变换等现代信号处理技术，提取了反映不同流动状态的特征值，并结合支持向量机等数据挖掘手段，提出了小通道气液两相流流型辨识新方法。.2）研制开发了新型光电池阵列传感器。建立了基于光电池阵列传感器的小通道气液两相流流型辨识模型和相含率测量模型，实验表明所开发的新型光电池阵列传感器是成功的。.3）将C4D传感器引入小通道气液两相流参数检测中。建立了基于C4D传感器的流型辨识模型和相含率测量模型，实验结果表明将C4D传感器应用于小通道气液两相流参数检测是可行的，有效地实现了流型和相含率的测量。.4）基于高速摄像机获取的图像信息，建立了小通道气液两相流的流型和相含率测量模型，并结合光学传感器获得的流速信息，建立了小通道段塞流的新型流量测量模型，实验结果表明所建模型是有效的。.5）在多传感器信息融合框架下，利用所建立的单一传感器参数检测模型，初步实现了基于信息融合的小通道气液两相流参数检测。利用光学位置和C4D两种传感器进行了流型和相含率测量的实验研究，结果表明所提出的多传感器信息融合框架可以有效地提高测量精度。