本發(fā)明涉及領(lǐng)域，是一種基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測(cè)量方法和裝置。該方法和裝置可以識(shí)別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

背景技術(shù)：

工程上廣泛存在著兩相流的流動(dòng)現(xiàn)象，其中以氣液兩相流最為普遍。例如石油輸運(yùn)管道內(nèi)、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子周圍、大氣云層內(nèi)的對(duì)流等，都屬于氣液兩相流流動(dòng)。通過(guò)兩相流流動(dòng)流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，了解其特性及變化規(guī)律，對(duì)于相關(guān)科研、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)具有十分重要的意義。與單相流相比，兩相流由于在相界面各相間存在傳質(zhì)，甚至化學(xué)反應(yīng)，而且在時(shí)間、空間上隨機(jī)可變，使得諸如各相含量、流速、流量以及總體速度、流量等流動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)更具復(fù)雜性，難度很大。迄今為止，已有的檢測(cè)技術(shù)和方法大多是建立在單相傳感器基礎(chǔ)上的檢測(cè)手段，獲得的信息量小，而且無(wú)法對(duì)兩相流的整體特性進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)描述。

隨著工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于兩相流流動(dòng)的計(jì)量、控制方面的更高要求，需要開(kāi)發(fā)一種能夠同時(shí)測(cè)量獲得氣液兩相流中各相含量、流速和流量，以及總體平均速度、流量的裝置。高速攝影技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)可視化、非接觸、無(wú)輻射、低成本測(cè)量,近年來(lái)在流體測(cè)量方面的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。代表性的熒光粒子示蹤法已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上的在線監(jiān)測(cè)。具體在氣液兩相流測(cè)量中的應(yīng)用原理是：利用高速攝影機(jī)在某個(gè)流動(dòng)截面上連續(xù)多次獲取圖像，由于氣液兩相流的密度不同，在截面中的影響中表現(xiàn)為不同的灰度，可以判斷兩相流中的分相含量。利用特定算法，捕捉連續(xù)幾個(gè)瞬態(tài)圖像中的相同密度灰度的位移，即可獲得分相速度。如果配以多個(gè)其他類型的傳感器，實(shí)現(xiàn)組合測(cè)量，則可以獲得完整的氣液兩相流的流動(dòng)參數(shù)。

本發(fā)明提供一種基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測(cè)量方法和裝置。該方法和裝置可以識(shí)別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種測(cè)量油氣井內(nèi)的氣液兩相流的方法和裝置。該方法和裝置可以識(shí)別氣液 兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。圖1是基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測(cè)量裝置的布局圖。圖中所示，該裝置包括：測(cè)量管道(1)、反射鏡(2)、高速攝影機(jī)(3)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)、圖像重建系統(tǒng)(6)、控制計(jì)算機(jī)(5)、壓差流量計(jì)(7)、光源(8)。其連接關(guān)系是：

光源(8)照射反射鏡(2)；

反射鏡(2)在被測(cè)氣液兩相流流動(dòng)的測(cè)量管道(1)的一側(cè)；

高速攝影機(jī)(3)連接反射鏡(2)；

高速攝影機(jī)(3)連接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)；

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)連接圖像重建系統(tǒng)(5)；

壓差流量計(jì)(7)位于測(cè)量管道(1)上，在測(cè)量管道(1)的下游；

控制計(jì)算機(jī)(5)連接高速攝影機(jī)(3)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)、圖像重建系統(tǒng)(6)。

圖2是高速攝影技術(shù)測(cè)量氣液兩相流的各相含量的原理圖。圖中表示，光源(8)產(chǎn)生片狀光源，照射反射鏡(2)；反射鏡(2)將片狀光源反射到測(cè)量管道(1)內(nèi)部，形成一個(gè)沿著測(cè)量管道(1)中兩相流流動(dòng)方向上的測(cè)量截面，測(cè)量管道(1)有一個(gè)透明窗(8)。高速攝影機(jī)(3)通過(guò)透明窗(8)記錄下這個(gè)截面的圖圖像。由于氣液兩相流氣泡(10)和液體(11)的密度不同，在圖像中表現(xiàn)的灰度不同。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)將攝影及信號(hào)輸入到圖像重建系統(tǒng)(6)，利用圖像重建算法，根據(jù)計(jì)算截面灰度的分布，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得某個(gè)截面上兩相流流場(chǎng)的各相含量的二維分布以及變化的時(shí)間歷程。

附圖說(shuō)明

圖1是基于高速攝影技術(shù)的氣液兩相流測(cè)量裝置的布局圖；圖中，1測(cè)量管道1、2反射鏡、3高速攝影機(jī)、4數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、5控制計(jì)算機(jī)、6圖像重建系統(tǒng)、7壓差流量計(jì)、8光源。

圖2是高速攝影技術(shù)測(cè)量氣液兩相流的各相含量的原理圖；圖中，1測(cè)量管道、反射鏡、3高速攝影機(jī)、4數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、5控制計(jì)算機(jī)、6圖像重建系統(tǒng)、8光源、9透明窗、10液體、11氣泡。

具體實(shí)施方式

以一個(gè)具體實(shí)施方案進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提出的一種測(cè)量油氣井內(nèi)的氣液兩相流的方法和裝置的原理和結(jié)構(gòu)。該方法和裝置用于測(cè)量空氣-水兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。該裝置中的部件組成和連接關(guān)系與圖1相同。具體實(shí)施方式中，測(cè)量管道(1)的截面為正方形、為長(zhǎng)度為1m、內(nèi)邊為50mm、壁厚10mm、材料為有機(jī)玻璃。水平放置，整體為全透明。光源(8)為nd-ag激光器，產(chǎn)生片狀光源，照射反射鏡(2)；反射鏡(2)將片狀光源反射到測(cè)量管道(1)內(nèi)部，形成一個(gè)測(cè)量截面；高速攝影機(jī)(3)記錄下這個(gè)截面的圖像。由于氣液兩相流中的氣泡(9)和液體(10)的密度不同，在圖像中表現(xiàn)的灰度不同。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)將攝影及信號(hào)輸入到圖像重建系統(tǒng)(6)，利用圖像重建算法，根據(jù)計(jì)算截面灰度的分布，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得某個(gè)截面上兩相流流場(chǎng)的各相含量的二維分布以及變化的時(shí)間歷程?？刂朴?jì)算機(jī)(5)連接、控制數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)的運(yùn)行，同時(shí)規(guī)定數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)的連續(xù)的采樣間隔，從而獲得空氣-水的分相速度；壓差流量計(jì)(6)在測(cè)量管道(1)的下游，測(cè)量總流量。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種測(cè)量油氣井內(nèi)的氣液兩相流的方法和裝置。該方法和裝置可以識(shí)別油氣井內(nèi)氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。該裝置包括：該裝置包括：測(cè)量管道(1)、反射鏡(2)、高速攝影機(jī)(3)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(4)、圖像重建系統(tǒng)(6)、控制計(jì)算機(jī)(5)、壓差流量計(jì)(7)、光源(8)。該裝置可以識(shí)別氣液兩相流的各相含量、速度和流量，以及總體平均速度、流量。

技術(shù)研發(fā)人員：路明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都金景盛風(fēng)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.30
技術(shù)公布日：2017.10.24