基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置。所述裝置是在通有氣液兩相流的豎直管道的側(cè)壁開有通孔，在所述通孔內(nèi)穿接有波導(dǎo)管，在所述波導(dǎo)管的內(nèi)腔中設(shè)有吸噪底盤，在所述吸噪底盤的外端固定有聲發(fā)射傳感器；所述聲發(fā)射傳感器通過所述吸噪底盤檢測(cè)豎直管道內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)，并將所檢測(cè)到的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算，從而識(shí)別出兩相流的流型。本實(shí)用新型通過吸噪底盤對(duì)空壓機(jī)、管道等產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行屏蔽，可有效避免外界噪聲對(duì)聲發(fā)射傳感器所檢測(cè)的流體流動(dòng)噪聲的干擾，最終實(shí)現(xiàn)在線、準(zhǔn)確地識(shí)別出流體的流型。
【專利說明】
基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種兩相流流型檢測(cè)裝置，具體地說是一種基于噪聲測(cè)量的氣液 兩相流流型識(shí)別裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，氣液兩相流流型識(shí)別方法可分為兩種，一種是主觀法，一種是客觀法。主觀 法包括目測(cè)法、高速攝像法等，運(yùn)類檢測(cè)方法簡(jiǎn)單便捷，但易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、管道透明度W及 人為誤差等因素的影響?？陀^法主要是通過實(shí)驗(yàn)獲得參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)代信息數(shù)據(jù)處理， 得到表征流體流動(dòng)狀態(tài)的各種參數(shù)，再通過得到的參數(shù)進(jìn)行分析找到與流型相匹配的關(guān) 系。客觀法主要有:基于差壓傳感器的流體檢測(cè)技術(shù)、射線吸收法、接觸式探頭法、過程層析 成像法。
[0003] 基于差壓傳感器的流體檢測(cè)技術(shù)是通過將差壓傳感器安裝在兩相流的實(shí)驗(yàn)管段， 在流體流動(dòng)期間采集兩相流的過程檢測(cè)參數(shù)，由于測(cè)量精度和成本的原因，現(xiàn)如今普遍采 用運(yùn)種測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。
[0004] 射線吸收法是通過設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的X射線或者多束射線使之穿過兩相流的管壁， 通過測(cè)得射線的衰減程度最終確定管段的吸收情況，從而判別出管道內(nèi)部流體的流動(dòng)狀 況。射線吸收法對(duì)于發(fā)射探頭的選擇尤為關(guān)鍵，除此之外，選擇合適的管道材料W減少管道 對(duì)射線的吸收也很重要。
[0005] 接觸式探頭(如光導(dǎo)探頭或者電導(dǎo)探頭)法是利用光或者電的導(dǎo)電性進(jìn)行檢測(cè)，從 而確定流體的流動(dòng)介質(zhì)情況。運(yùn)種測(cè)量方法的缺點(diǎn)是需要接觸管道內(nèi)部的流體，探頭易受 到介質(zhì)的影響，并且會(huì)影響流場(chǎng)的分布。
[0006] 過程層析成像法主要有電容層析成像法、電阻層析成像法、超聲成像法、微波成像 法等，其通過選擇適當(dāng)?shù)拿舾性蓪?shí)現(xiàn)對(duì)兩相流流型進(jìn)行在線檢測(cè)。
[0007] 上述方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)特定的場(chǎng)合或其他需要而選擇合適的方法。目前，研 究者們大多致力于通過客觀法在線檢測(cè)、識(shí)別兩相流的流型。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[000引本實(shí)用新型的目的就是提供一種基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，該裝 置是通過測(cè)量兩相流的流動(dòng)噪聲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在線識(shí)別兩相流流型的目的。
[0009]本實(shí)用新型的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝 置，在通有氣液兩相流的豎直管道的側(cè)壁開有圓形通孔，在所述通孔內(nèi)穿接有波導(dǎo)管，所述 波導(dǎo)管為中空的圓管結(jié)構(gòu)，在所述波導(dǎo)管的內(nèi)腔中設(shè)有吸噪底盤，在所述吸噪底盤的外端 固定有聲發(fā)射傳感器，所述聲發(fā)射傳感器通過數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理單元相接;所述聲 發(fā)射傳感器通過所述吸噪底盤檢測(cè)豎直管道內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)，并將所檢測(cè)到 的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處 理、運(yùn)算，從而識(shí)別出兩相流的流型。
[0010] 優(yōu)選的，所述波導(dǎo)管的長度與豎直管道的壁厚相同；所述吸噪底盤的內(nèi)端面與豎 直管道的內(nèi)側(cè)壁相齊平，所述吸噪底盤的外端面凸出在豎直管道的外側(cè)壁外。
[0011] 優(yōu)選的，在所述吸噪底盤的外端面上開有凹槽，所述聲發(fā)射傳感器的探頭端伸入 到所述凹槽內(nèi)與所述吸噪底盤固接。
[0012] 優(yōu)選的，所述吸噪底盤為有機(jī)材料吸噪底盤。
[0013] 優(yōu)選的，所述通孔為四個(gè)，且四個(gè)通孔均勻分布在管道側(cè)壁的同一橫截面上;每一 通孔對(duì)應(yīng)一個(gè)波導(dǎo)管和一個(gè)吸噪底盤。
[0014] 優(yōu)選的，四個(gè)吸噪底盤通過豎直管道外側(cè)的環(huán)形髓帶連成一體結(jié)構(gòu)。
[0015] 優(yōu)選的，所述通孔為八個(gè)，八個(gè)通孔平均分為兩組，每一組中的四個(gè)通孔均勻分布 在管道側(cè)壁的同一橫截面上，且其中一組通孔位于另一組通孔的上方，兩組中的通孔上下 --對(duì)應(yīng)。
[0016] 本實(shí)用新型通過在豎直管道的側(cè)壁開通孔，在通孔內(nèi)穿接波導(dǎo)管，在波導(dǎo)管的內(nèi) 腔中設(shè)吸噪底盤，在吸噪底盤的外端固定聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器可通過吸噪底盤檢 測(cè)豎直管道內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)，氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)即可反映兩相流的 流動(dòng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)流動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、分析，即可得出兩相流的流 型。本實(shí)用新型基于噪聲測(cè)量來識(shí)別兩相流的流型，測(cè)量過程中聲發(fā)射傳感器不用直接接 觸流體，因此不會(huì)干擾流體自身的流場(chǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)。
[0017] 氣液兩相流在豎直管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，管道內(nèi)的噪聲除了氣液兩相流的流動(dòng)噪聲外， 還有其他噪聲，例如空壓機(jī)、管道震動(dòng)等產(chǎn)生的噪聲，本實(shí)用新型通過設(shè)置吸噪底盤(其材 料為有機(jī)材料，例如為玻璃、橡膠或聚醋纖維等），可有效去除其他噪聲對(duì)流體流動(dòng)噪聲的 影響，為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量流體流型奠定了基礎(chǔ)。
[0018] 聲發(fā)射傳感器通過吸噪底盤檢測(cè)管道內(nèi)的流動(dòng)噪聲信號(hào)，其原理是通過接收管道 內(nèi)流體產(chǎn)生的彈性波，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào);本實(shí)用新型通過在吸噪底盤的外側(cè)設(shè)置波導(dǎo)管可 減弱彈性波在傳輸過程中的損耗，提高聲發(fā)射傳感器所檢測(cè)到的流動(dòng)噪聲信號(hào)的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】

[0019] 圖1是本實(shí)用新型中基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是本實(shí)用新型中豎直管道及其上所開的通孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3~圖16是本實(shí)用新型不同工況條件下流體的流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例1，一種基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置。
[0023] 如圖1所示，本實(shí)用新型所提供的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置包括 豎直管道1、波導(dǎo)管3、吸噪底盤4、聲發(fā)射傳感器5、數(shù)據(jù)采集單元6和數(shù)據(jù)處理單元7。
[0024] 豎直管道1為豎直放置的中空的圓柱形管體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)用于通入待測(cè)的氣液兩相 流，本實(shí)用新型實(shí)施例中氣液兩相流在豎直管道1內(nèi)由下至上而流動(dòng)。如圖2所示，在豎直管 道1的側(cè)壁開有圓形通孔2,本實(shí)施例中在豎直管道1的側(cè)壁上開有八個(gè)通孔2,運(yùn)八個(gè)通孔2 平均分為兩組，其中一組的四個(gè)通孔位于另一組四個(gè)通孔的上方，上方的四個(gè)通孔均勻分 布在豎直管道側(cè)壁的同一橫截面上，下方的四個(gè)通孔同樣均勻分布在豎直管道側(cè)壁的同一 橫截面上，且上方的四個(gè)通孔與下方的四個(gè)通孔上下一一對(duì)應(yīng)。
[0025] 其他實(shí)施例中通孔也可W是內(nèi)徑由內(nèi)至外逐漸增大的圓臺(tái)狀通孔。在每一個(gè)通孔 2內(nèi)穿接有一個(gè)波導(dǎo)管3,波導(dǎo)管3的形狀應(yīng)與通孔2的形狀相匹配，本實(shí)施例中波導(dǎo)管3為中 空的圓管結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)管3的作用是為了減弱流體振動(dòng)產(chǎn)生的彈性波的衰減。波導(dǎo)管3的長度 與豎直管道1的壁厚相同，即：波導(dǎo)管3的內(nèi)端面與豎直管道1的內(nèi)側(cè)壁相齊平，波導(dǎo)管3的外 端面與豎直管道1的外側(cè)壁相齊平。在波導(dǎo)管3的內(nèi)腔中設(shè)置有吸噪底盤4,吸噪底盤4的形 狀與波導(dǎo)管3的內(nèi)腔相匹配，本實(shí)施例中吸噪底盤4為圓柱狀結(jié)構(gòu)，吸噪底盤4的內(nèi)端面與豎 直管道1的內(nèi)側(cè)壁相齊平，吸噪底盤4的外端面凸出在豎直管道1的外側(cè)壁外。吸噪底盤4為 有機(jī)材料，例如可W為有機(jī)玻璃、橡膠或聚醋纖維等。吸噪底盤4的作用是為了吸收空壓機(jī)、 管道等產(chǎn)生的噪聲。
[0026] 在吸噪底盤4的外端固定有聲發(fā)射傳感器5,本實(shí)施例中通過在吸噪底盤4的外端 面上開與聲發(fā)射傳感器5的探頭相匹配的凹槽，并在凹槽內(nèi)涂高真空油脂，使聲發(fā)射傳感器 5的探頭伸入吸噪底盤4外端面的凹槽內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射傳感器5與吸噪底盤4的緊密固 接。
[0027] 豎直管道1側(cè)壁上的每一個(gè)通孔2,對(duì)應(yīng)一個(gè)波導(dǎo)管3和一個(gè)吸噪底盤4。為避免吸 噪底盤4在重力的作用下發(fā)生下移，可使處于同一橫截面上的四個(gè)吸噪底盤4通過套接在豎 直管道外側(cè)的環(huán)形髓帶連成一體結(jié)構(gòu)，環(huán)形髓帶可固接在豎直管道的外側(cè)壁上。
[0028] 聲發(fā)射傳感器5通過數(shù)據(jù)采集單元6與數(shù)據(jù)處理單元7相接。聲發(fā)射傳感器5通過吸 噪底盤4檢測(cè)豎直管道1內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)。數(shù)據(jù)采集單元6采集聲發(fā)射傳感器5 所檢測(cè)的信號(hào)并發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元7,數(shù)據(jù)處理單元7對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算，從 而識(shí)別出兩相流的流型。數(shù)據(jù)處理單元7對(duì)信號(hào)的具體處理、運(yùn)算過程可參見實(shí)施例2中所 描述。
[0029] 實(shí)施例2,一種基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別方法。
[0030] 如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型所提供的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別方法 包括如下步驟：
[0031] a、在豎直管道1的側(cè)壁開圓形通孔2,并在通孔2內(nèi)穿接波導(dǎo)管3,波導(dǎo)管3為中空的 圓管結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)管3的內(nèi)端面與豎直管道1的內(nèi)側(cè)壁相齊平，波導(dǎo)管3的外端面與豎直管道1 的外側(cè)壁相齊平。在波導(dǎo)管3的內(nèi)腔中設(shè)吸噪底盤4,吸噪底盤4為實(shí)體的圓柱狀結(jié)構(gòu)，吸噪 底盤4的內(nèi)端面與豎直管道1的內(nèi)側(cè)壁相齊平，吸噪底盤4的外端面凸出在豎直管道1的外側(cè) 壁外。吸噪底盤4為有機(jī)材料，例如為有機(jī)玻璃、橡膠或聚醋纖維等。在吸噪底盤4的外端面 開凹槽，并在凹槽內(nèi)涂高真空油脂，使聲發(fā)射傳感器5的探頭伸入凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射傳感器 5與吸噪底盤4的緊密固接。
[0032] 由于豎直管道受到水平管道向豎直管道的連接彎頭的離屯、作用，因此，為了消除 離屯、作用對(duì)豎直管道的內(nèi)部流體流動(dòng)狀態(tài)的影響，一般在豎直管道中將聲發(fā)射傳感器5(即 通孔的開設(shè)位置)安裝在距離連接彎頭大于30D(D為豎直管道的直徑)的位置處。
[0033] b、在豎直管道1內(nèi)通入待測(cè)氣液兩相流，且待測(cè)氣液兩相流由下至上而流動(dòng)。
[0034] C、聲發(fā)射傳感器5通過吸噪底盤4檢測(cè)豎直管道1內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)。
[0035] -個(gè)通孔2對(duì)應(yīng)一個(gè)波導(dǎo)管3、一個(gè)吸噪底盤4和一個(gè)聲發(fā)射傳感器5。對(duì)于同一橫 截面上開有四個(gè)通孔的情況，四個(gè)聲發(fā)射傳感器5可W同時(shí)檢測(cè)豎直管道1內(nèi)氣液兩相流的 流動(dòng)噪聲信號(hào)。對(duì)于如圖2所示在豎直管道I上開有八個(gè)通孔的情況，八個(gè)聲發(fā)射傳感器5可 W同時(shí)檢測(cè)豎直管道1內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)。當(dāng)然，也可W由其中的兩個(gè)或=個(gè)聲 發(fā)射傳感器5同時(shí)檢測(cè)豎直管道1內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)。
[0036] 對(duì)于豎直管道1內(nèi)的上升流體，具有四種典型的流型，分別為泡狀流、彈狀流、乳沫 狀流和環(huán)狀流，本實(shí)用新型中通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件(例如調(diào)整總流量、相含率等），W便由聲發(fā) 射傳感器5采集氣液兩相流不同流動(dòng)狀態(tài)下的流動(dòng)噪聲信號(hào)。為了驗(yàn)證采用本實(shí)用新型的 方法所識(shí)別出的流型的準(zhǔn)確性，可同時(shí)采用高速攝像儀對(duì)豎直管道內(nèi)的流型進(jìn)行攝像。
[0037] d、數(shù)據(jù)采集單元6采集聲發(fā)射傳感器5所檢測(cè)到的流動(dòng)噪聲信號(hào)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)處 理單元7。
[0038] e、數(shù)據(jù)處理單元7根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理、運(yùn)算，從而識(shí)別出兩相流的流 型。
[0039] 數(shù)據(jù)處理單元7通過對(duì)接收到的兩相流流動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行分析處理，采用時(shí)域分 析對(duì)不同流型的噪聲信號(hào)進(jìn)行直觀分析，提取流動(dòng)信號(hào)的頻率特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液兩相流流 型的識(shí)別。
[0040] 流型識(shí)別的基礎(chǔ)是各種流型如何確定，本實(shí)用新型的流型確定是建立在向量距離 的基礎(chǔ)之上，即在固定流型下的特征向量對(duì)應(yīng)到相應(yīng)典型流型的標(biāo)準(zhǔn)特征向量距離最短。 式（1)是二維空間距離的表達(dá)式，為了能夠更好的表達(dá)待測(cè)流型與典型流型間的特征向量 距離，并擴(kuò)大不同流型間的特征向量距離，將式（1)擴(kuò)展到了多維空間中，并對(duì)其作了必要 的修改，修改之后的向量距離公式見式(2)。
[0041 ] (1)
[0042] (2)
[0043] 式（2)中，三、^分別為N維的特征向量;曰1、曰1日分別為特征向量中相對(duì)應(yīng)的特征 值;bi為與特征值相對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，通過調(diào)整bi的大小可W調(diào)整特征向量對(duì)流型的敏感程 度，進(jìn)而縮小同流型的距離，放大不同流型之間的差別;m為大小可調(diào)整的次數(shù)，由于指數(shù)函 數(shù)的單調(diào)性，m并不能改變特征向量距離之間的相對(duì)大小關(guān)系，因此將其設(shè)為可選的參數(shù)， 其作用僅僅是拉大流型間已經(jīng)出現(xiàn)但并不明顯的差距，并適當(dāng)?shù)目刂艱的數(shù)值大小。
[0044] 通過大量的比較和不斷的參數(shù)調(diào)整，豎直流向所提取的特征向量中的各分量為： 均值^、方差3、峭度1(抓和頻率重屯中8。運(yùn)四個(gè)特征分量的計(jì)算公式分別如下：
[0045]
(3)
[( (4)
[0047] (5)
[OC (6)
[0049]式(3)~式(6)中，Xi為聲發(fā)射傳感器5所檢測(cè)到的流動(dòng)噪聲的時(shí)域信號(hào)，n為信號(hào) 的長度，X(i)為對(duì)時(shí)域信號(hào)Xi進(jìn)行傅里葉變換后所產(chǎn)生的離散幅值，f(i)為與X(i)相對(duì)應(yīng) 的頻率值。根據(jù)每一個(gè)聲發(fā)射傳感器5所檢測(cè)到的流動(dòng)噪聲信號(hào)，可計(jì)算出一組特征向量（ x.，s，KUR，F(xiàn)g)。
[0化0]典型流型的標(biāo)準(zhǔn)特征向量為（?，s〇，KUR〇，F(xiàn)g〇)，標(biāo)準(zhǔn)特征向量的具體數(shù)值見表1。 [0化1] 夫1
[0化2]
[0053] 表1中標(biāo)準(zhǔn)特征向量的具體數(shù)值是預(yù)先通過多次實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)時(shí)已知流體的流型)求 得的。
[0054] 本實(shí)用新型中，首先由數(shù)據(jù)處理單元7根據(jù)接收到的信號(hào)計(jì)算待測(cè)流體的特征分 量:均值X、方差S、峭度KUR和頻率重屯、Fg,具體計(jì)算公式見式(3)~式(6);之后計(jì)算待測(cè)流 體的特征向量G，S，KUR，F(xiàn)g)與表1中四種典型流型的標(biāo)準(zhǔn)特征向量(玄，SO ,KURo，F(xiàn)gO)之間 的距離D，計(jì)算公式如下：
[0化5]
巧)：
[0化6]根據(jù)一個(gè)聲發(fā)射傳感器5所檢測(cè)到的流動(dòng)噪聲信號(hào)，可計(jì)算出一個(gè)特征向量G，s， KUR，F(xiàn)g)，使該特征向量G，S，KUR，F(xiàn)g)與四種典型流型下的標(biāo)準(zhǔn)特征向量(云，SO，KURo，F(xiàn)gO) 分別求距離，找出四個(gè)計(jì)算結(jié)果中的最小值D，D值最小的公式對(duì)應(yīng)的流型即為待測(cè)流體的 流型。
[0057] 氣液兩相流在豎直管道I中流動(dòng)時(shí)發(fā)生的流動(dòng)噪聲會(huì)被聲發(fā)射傳感器5檢測(cè)到，通 過數(shù)據(jù)采集單元6可得到聲發(fā)射傳感器5每秒接收到的撞擊點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理單元7會(huì)記錄接收 到的每個(gè)信號(hào)點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)處理單元7獨(dú)有的定位程序，即時(shí)顯示出所有聲發(fā)射點(diǎn)所在的空 間位置。且數(shù)據(jù)處理單元7能夠?qū)?shù)、波形、定位源、相關(guān)圖及加載項(xiàng)一一對(duì)應(yīng)起來，利用 得到的信息可W得出各種流型對(duì)應(yīng)的噪聲信號(hào)時(shí)域圖。
[0058] 根據(jù)同一水平方向上的聲發(fā)射傳感器所檢測(cè)到的噪聲信號(hào)，可W分析流體的流動(dòng) 特征;根據(jù)同一豎直方向上的聲發(fā)射傳感器所檢測(cè)到的噪聲信號(hào)，可W分析相關(guān)性;根據(jù)高 速攝像儀所拍攝的圖像和各種流型時(shí)域圖的差異，可驗(yàn)證采用本實(shí)用新型所識(shí)別的流型的 準(zhǔn)確性，最終實(shí)現(xiàn)流型的準(zhǔn)確識(shí)別。
[0059] 本實(shí)用新型實(shí)施例通過改變實(shí)驗(yàn)條件，得到不同工況條件下流體的流動(dòng)噪聲時(shí)域 圖，分別如圖3~圖16所示。
[0060] 圖3中上下兩幅圖均是滿管水時(shí)流體的流動(dòng)噪聲時(shí)域圖，所不同的是，圖3中上面 一幅圖對(duì)應(yīng)工況條件為L2G0，即水流速為2m3/h，氣體為零;圖3中下面一幅圖對(duì)應(yīng)工況條件 為L10G0,即水流速為IOm3A,氣體為零。圖4中上下兩幅圖均是滿管氣時(shí)流體的流動(dòng)噪聲時(shí) 域圖，所不同的是，圖4中上面一幅圖對(duì)應(yīng)工況條件為L0G50，即水為零，氣體流速為SOm3A; 圖4中下面一幅圖對(duì)應(yīng)工況條件為L0G100,即水為零，氣體流速為lOOmVh。對(duì)于滿管水和滿 管氣的情況，根據(jù)每個(gè)聲發(fā)射傳感器所檢測(cè)到的流動(dòng)噪聲信號(hào)所得到的時(shí)域圖都大致相 同。
[0061 ]圖5中=幅圖是在工況條件為LO. IGO. 30(即水流速為0.1 m3A,氣體流速為0.30m3/ h)的情況下根據(jù)同一橫截面上=個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流體流動(dòng)噪 聲時(shí)域圖。圖6中S幅圖是在工況條件為L1.0G0.48(即水流速為1.0m3/h，氣體流速為 0.48m^h)的情況下根據(jù)同一橫截面上S個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流體 流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖7中S幅圖是在工況條件為L2. OGO. 60(即水流速為2.Om^h，氣體流速 為O.eOmVh)的情況下根據(jù)同一橫截面上=個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流 體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖8中S幅圖是在工況條件為L8. OG0.0 6(即水流速為8.Om^h，氣體流 速為0.OSm3A)的情況下根據(jù)同一橫截面上S個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的 流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖9中S幅圖是在工況條件為LlO . OGO. 24(即水流速為10.0 m3A，氣 體流速為〇.24m3/h)的情況下根據(jù)同一橫截面上S個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得 到的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖10中S幅圖是在工況條件為Ll 1. OGO. 48(即水流速為11. Om3/ h，氣體流速為0.48m3A)的情況下根據(jù)同一橫截面上=個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào) 所得到的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。
[0062] 由高速攝像儀所拍攝的圖像可W看出，圖5~圖7對(duì)應(yīng)彈狀流流型，圖8~圖10對(duì)應(yīng) 泡狀流流型。由圖5~圖10可W直觀的發(fā)現(xiàn)，泡狀流的突起相對(duì)彈狀流較多，而彈狀流由于 氣彈間隔性的出現(xiàn)，導(dǎo)致采集到的噪聲信號(hào)會(huì)出現(xiàn)周期性的大波動(dòng)，相對(duì)泡狀流來說，有明 顯的突變。
[0063] 圖11中兩幅圖是在工況條件為L3.82G2.20(即水流速為3.82m3/h，氣體流速為 2.20m^h)的情況下根據(jù)同一橫截面上相對(duì)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到 的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖12中兩幅圖是在工況條件為L4.36G5.03(即水流速為4.36m3A， 氣體流速為5.03m3A)的情況下根據(jù)同一橫截面上相對(duì)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲 信號(hào)所得到的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖13中兩幅圖是在工況條件為L2.15G11.463(即水流 速為2. ISm3A，氣體流速為11.463m3A)的情況下根據(jù)同一橫截面上相對(duì)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感 器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖14中兩幅圖是在工況條件為 LO. 56G44.6(即水流速為0.56m3 A，氣體流速為44.6m3A)的情況下根據(jù)同一橫截面上相對(duì) 的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖15中兩幅圖是在 工況條件為L4.0G86.5 (即水流速為4. Om^h，氣體流速為86.5m3 A)的情況下根據(jù)同一橫截 面上相對(duì)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流體流動(dòng)噪聲時(shí)域圖。圖16中兩 幅圖是在工況條件為L6.62G138.0 (即水流速為6.62m3 A，氣體流速為138. Om^h)的情況下 根據(jù)同一橫截面上相對(duì)的兩個(gè)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到的噪聲信號(hào)所得到的流體流動(dòng)噪聲時(shí) 域圖。
[0064] 由高速攝像儀所拍攝的圖像可W看出，圖11~圖13對(duì)應(yīng)乳沫狀流流型，圖14~圖 16對(duì)應(yīng)環(huán)狀流流型。由圖5~圖16可W發(fā)現(xiàn)，乳沫狀流和環(huán)狀流相對(duì)泡狀流和彈狀流而言， 由于流動(dòng)狀態(tài)的機(jī)理程度增加，因此，流動(dòng)噪聲信號(hào)的幅值明顯增加。由于乳沫狀流是因大 氣泡的破裂形成的，因此流體流動(dòng)有一定的振蕩，液相會(huì)在管道中有交替上下的運(yùn)動(dòng)，從而 導(dǎo)致不同時(shí)段采集到的流動(dòng)噪聲信號(hào)相對(duì)環(huán)狀流的噪聲信號(hào)有間歇性的突起。
[0065] 采用本實(shí)用新型方法最終所識(shí)別的流型，經(jīng)由高速攝像儀所拍攝的圖像進(jìn)行驗(yàn) 證，本實(shí)用新型識(shí)別的流型完全正確。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，在通有氣液兩相流的豎 直管道的側(cè)壁開有圓形通孔，在所述通孔內(nèi)穿接有波導(dǎo)管，所述波導(dǎo)管為中空的圓管結(jié)構(gòu)， 在所述波導(dǎo)管的內(nèi)腔中設(shè)有吸噪底盤，在所述吸噪底盤的外端固定有聲發(fā)射傳感器，所述 聲發(fā)射傳感器通過數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理單元相接;所述聲發(fā)射傳感器通過所述吸噪底 盤檢測(cè)豎直管道內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)噪聲信號(hào)，并將所檢測(cè)到的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集單元發(fā) 送至數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算，從而識(shí)別出兩相流 的流型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，所述波 導(dǎo)管的長度與豎直管道的壁厚相同；所述吸噪底盤的內(nèi)端面與豎直管道的內(nèi)側(cè)壁相齊平， 所述吸噪底盤的外端面凸出在豎直管道的外側(cè)壁外。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，在所述 吸噪底盤的外端面上開有凹槽，所述聲發(fā)射傳感器的探頭端伸入到所述凹槽內(nèi)與所述吸噪 底盤固接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，所述吸 噪底盤為有機(jī)材料吸噪底盤。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，所述通 孔為四個(gè)，且四個(gè)通孔均勻分布在管道側(cè)壁的同一橫截面上;每一通孔對(duì)應(yīng)一個(gè)波導(dǎo)管和 一個(gè)吸噪底盤。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，四個(gè)吸 噪底盤通過豎直管道外側(cè)的環(huán)形箍帶連成一體結(jié)構(gòu)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于噪聲測(cè)量的氣液兩相流流型識(shí)別裝置，其特征是，所述通 孔為八個(gè)，八個(gè)通孔平均分為兩組，每一組中的四個(gè)通孔均勻分布在管道側(cè)壁的同一橫截 面上，且其中一組通孔位于另一組通孔的上方，兩組中的通孔上下一一對(duì)應(yīng)。
【文檔編號(hào)】G01N29/14GK205691553SQ201620582264
【公開日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日 公開號(hào)201620582264.7, CN 201620582264, CN 205691553 U, CN 205691553U, CN-U-205691553, CN201620582264, CN201620582264.7, CN205691553 U, CN205691553U
【發(fā)明人】方立德, 李婷婷, 韋子輝, 劉霜
【申請(qǐng)人】河北大學(xué)