毕业论文-气液两相流流型识别系统.doc

毕业论文(设计)题目名称： 气液两相流流型识别系统 题目类型： 毕业设计 学生姓名： 刘念 院 (系)： 石油工程学院 专业班级： 储运11102班 指导教师： 刘云老师 辅导教师：_刘云老师_ _ 时 间：2015年3月10日至2015年6月20日目录长江大学毕业论文（设计）任务书.I毕业设计（论文）开题报告.III长江大学毕业论文（设计）指导教师审查意见.X长江大学毕业论文（设计）评阅教师评语.XI长江大学毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定.XII气液两相流流型识别系统中文摘要.XIIIAbstract.XIV1 概述.11.1 课题的来源.11.2 研究的目的及意义.11.3 国内外研究现状、发展趋势及存在的问题.21.4 本文研究的主要内容.42 水平管流型测量方法、划分、判别及计算方法.52.1 水平管流型的测量方法.5 2.1.1 目测法.5 2.1.2 测定某一参数的波动量并与流型建立联系.6 2.1.3 由辐射射线的吸收量确定气液混合物的密度和流型.72.2 水平管流型的划分.82.3 水平管流型的判别.10 2.3.1 Baker方法.10 2.3.2 Mandhane方法.13 2.3.3 Taitel-Dukler方法.16 2.3.4 肖-肖恩-布里尔方法.25 2.3.5 Gregory-Mandhane-Aziz方法.263 倾斜管道中气液两相流流型判别方法.28 3.1 Beggs-Brill方法.283.2 Mukherjee-Brill方法.304 气液两相流流型识别计算软件.334.1 软件介绍.33 4.2 用VB语言编程的Mandhane流型识别方法.33 4.2.1 程序的介绍.33 4.2.2 程序操作主界面.33 4.2.3 程序应用实例.34 4.2.4 程序源代码.354.3 用VB语言编程的Beggs-Brill流型识别方法.36 4.3.1 程序的介绍.36 4.3.2 程序操作主界面.37 4.3.3 程序应用实例.37 4.3.4 程序源代码.384.4 用Flash语言编程的Beggs-Brill流型识别方法.40 4.4.1 程序的介绍.40 4.4.2 程序操作主界面.40 4.4.3 程序应用实例.41 4.4.4 程序源代码.425 总结.46参考文献.46致谢.48长江大学毕业论文(设计)任务书院（系） 石油工程学院 专业 油气储运工程 班级 储运11102班 学生姓名 刘念 指导教师/职称 刘云老师/副教授（博士） 1. 毕业论文(设计)题目：气液两相流流型识别系统2. 毕业论文(设计)起止时间：2015年3月10日 2015年6月20日3毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）表1 油气混输管路计算参数参数数值单位d0.2mL1000mQo1.210-2m/so810Kg/m3Uo510-3Pa.sQg3.410-2m3/sg6.2Kg/m3Ug1.210-5Pa.so2.510-4N/mP0.6Mpa4毕业论文(设计)应完成的主要内容一查阅资料了解气液两相流的基本概念、流型的分类、流型图及其它流型识 别方法。二阅览石油气液两相管流，熟悉各种经验模型和机理模型中流型识别方法。三阅览油气水多相管流，熟悉各种经验模型和机理模型中流型识别方法。四通过编程语言开发气液两相流流型识别系统，并能根据输入参数预测气液两相流流型。5毕业论文(设计)的目标及具体要求目标：通过查阅资料调研气液两相流中流型的测量方法和识别方法，运用所学知识，开发集成各种流型识别方法的气液两相流流型识别系统，并用提供的原始数据进行流型识别。要求：按时保质保量的完成毕业设计内容，并且保证设计合理、结构严谨，逻辑严密，语言流畅；表达准确、简明扼要，层次清晰。6、完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求储运教研室、图书馆、CNKI等数字图书馆资源、学校机房百度、谷歌学术上机次数：60小时左右任务书批准日期 2015 年 3 月 2 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2015 年 3 月 5 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2015 年 6 月 1 日 学生（签名） 长江大学毕业设计开题报告 题 目 名 称 气液两相流流型识别系统 院 （系） 石油工程学院 专 业 班 级 储运11102班 学 生 姓 名 刘念 指 导 教 师 刘云老师 辅 导 教 师 刘云老师 开题报告日期 2015年4月20日 气液两相流流型识别系统学 生：刘念，石油工程学院指导老师：刘云，石油工程学院一 题目来源 结合科研项目二 研究目的和意义近年来，随着石油开发的重心由陆地转移到海洋、沙漠和极地等自然环境恶劣的地区，油气混输技术成为石油工程所研究的热点并在整个石油工业得到了广泛的应用。油气混输技术在快速的发展同时也带动了多相流的发展与研究，使得多相流技术在整个石油、化工、冶金等工业中都得到广泛的应用。在多相流技术的应用中以两相流为主；而在两相流技术的应用中又以气液两相流的应用为主。在石油和天然气的运输中主要是以水平气液两相流为主，在输油管道中，沿线输送压力随着介质的流动逐渐的降低，油晶中的轻烃成份会慢慢的释放出来，形成气、液两相交替的流动。同样，在输气管道的输送过程中，也会有少量的重烃成分析出，形成低持液率的气液两相流动。在气液两相流的研究中，流型，作为描述两相流流动特性的一个重要参数，对它的研究是具有非常重要的价值的，它不仅影响着流动系统的运行特性和流动参数的准确测量，还影响着界面含气率、热交换系数、两相摩擦阻力等参数的准确计算和理论模化。在工程应用中，流型与两相流压降有直接的关系，因此对流型的研究至关重要。由于流型复杂多变，很难描述，两相流参数的计算和预测精度也比较低。为了更好的掌握流体的流动规律，提高预测和计算的精确程度，从而更好的为工业服务，同时提高经济效益，有必要对气液两相流流型进行深入且系统的研究。三 阅读的主要参考文献及资料名称1党明.水平和倾斜管道中气液两相流流型的在线识别及数据采集研究D.成都:西南石油学院，2004.2周云龙,孙斌,陈飞.气液两相流型智能识别理论及方法M.科学出版社.20 07: 1620.3 Oshinowo T，Charles M BVertical twophase flow，PartI：Flow paRem correlationsCan J of Chem Eng，1974，52：2535.4Spedding P L,Spence D R.Flow regime in two-phase gas liquid flowJ.Int J Multiphase Flow,1993,19:245280.5Bamea DAUnified model for predicting flow pattern translations for whole range of piper inclination1ilt J Multiphase Flow，1987，13(1)：112. 6周云龙，夏国栋，陈晓珊，蒋安众，李学武.水平管内气一液两相流流型及其转换特性研究J.热能动力工程:1995,10(6):401406.7徐云龙,. 论石油气液两相管流D.成都：西南石油学院，2008.8陈之航，曹柏林，赵在三.气液双相流动和传热M.北京：机械工业出版社，1983.9吴宁,张琪,蔡中庆,赵景生,陈超.水平井筒气液两相变质量流动流型转变的研究J.石油学报，2001,22（5):8083.10陈家琅 ，陈涛平. 石油气液两相管流M.第二版.石油工业出版社2010:124135.11张琪.采油工程原理与设计M. 中国石油大学出版社 2000:4445.12韩洪升等,气液两相管流实验装置的研制及其应用J.大庆石油学院学报,2001,(4):1922.13陈家琅石油气液两相管流M北京市：石油工业出版社，1989.14冯叔初，郭揆常等油气集输与矿场加工M第二版山东东营：中国石油大学出版社，2006.15王豪杰.长距离输水管道气液两相流型试验研究D.哈尔滨工业大学：市政环境工程学院，2013.16丁浩.新型信息处理技术在气液两相流流型辨识中的应用研究D.浙江大学：信息科学与工程学院，2005.17刘翠玲，梁铭全，王进旗，时兴.水平井中油水两相流型流态的识别模型J.计算机仿真，2014,(5):411414.18蒋昌华.水平管道油水两相流流型研究综述J.工程研究-跨学科视野中的工程，2013,(4):365373.19王虹.群智能算法在气液两相流型识别中的应用D.东北电力大学：能源与动力工程学院，2011.20程旭丽.气液两相流流型在线识别系统D.东北电力大学：能源与机械工程学院，2006.21陈秀霆.气液两相流流型识别与表征研究D.青岛科技大学：检测技术与自动化装置，2014.22方立军，胡月龙，武生.气液两相流流型识别理论的研究发展J.锅炉制造，2012,(6):3336.23赵鹏.气液两相流流型识别及其主动控制方法研究D.中国计量学院：测试计量技术与仪器，2014.24张凤娟.气液两相流流型辨识研究及在轴承腔中的仿真实现D.西北工业大学：机械设计及理论，2005.25李枫.两相流流型在线识别技术与应用软件设计D.天津大学：电气与自动化工程学院，2011.26陈万鹏.两相流流型方法识别研究D.天津大学：电气与自动化工程学院，2006.四 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向 目前，在动力、化工、制冷、核能、石油和冶金等多个行业的大部分生产设备中都牵涉到气液两相流流动工况。两相流动介质相界面的分布状况，也就是流型，在很大程度上影响着两相流流动参数的准确测量与两相流流动系统的运行特性，以及两相流的流动特性、传热特性等等，因此对气液两相流流型识别系统的研究一直是两相流参数测量的重要方向之一，同时也为工业生产的安全性与高效运行提供了必要的保障。如今快速而且准确地对气液两相流流型进行在线识别，已经成为国内外学者研究的热点。由于气液两相流的流动特别的复杂，相分界面和流体结构的分布状况是随着流动过程的变化而不断变化的，而且气液两相流流型有很多种类并且其变化具有随机性，所以对于气液两相流流型的研究还是具有很大难度的。对于气液两相流流型的判别有两种传统的判别方法：一种是通过流型图来判断气液两相流的流型。首先通过实验的方法，做出流型图，然后与作为对照标准的流型图作对比，最后作出判断，其中作为对照标准的流型图是根据以往的实践经验而得出的。第二种是以流型转变机理为依据，研究得到其转变关系式，现场测定并计算得到各流动参数(流量、干度等)，通过这些参数来判定流型。国内外的很多学者对两相流流型识别方法进行研究，并取得了一定的成果。Kokal等对倾斜管内的油气两相流进行了针对性的研究，并将实验后得到的数据与Taitel和Dulker绘制的流型图进行了比较，通过实验数据的比较与验证，对原有的半经验半理论流型转变准则进行了改进。Ewing等通过对摄像技术的利用，记录了水平管道中的气液两相流流型的变化情况，在与原油流型图进行杜比之后，扩充了原有流型图的数据，扩大了其适用范围。Lu Zhongqi等采用经验或理论关系式封闭方程与简化两相流体模型，计算出流动特性参数来进行流型识别。KalkachNzvarro等发展描述气泡串形成与破碎的广义两相流体模型，计算分析含气率和压力波，进行流型判别。周云龙等则通过研究倾斜下降管和螺旋管内的气液两相流截面含气率的变化规律，得到了相关的理论模型，为倾斜下降管和螺旋管这一类气液两相流流型识别提供了重要的理论基础。杨靖等不仅对气液两相流动的差压波动信号分形插值的非线性数据拟合与重构进行了研究，同时也在研究基础上提出了气液两相流压力降数据的经验关联式方法。 虽然传统的气液两相流流型识别方法研究已经取得了很大进展，但传统的流型识别方法有很大的局限性，且精度不高，已有的作为标准的流型图是在一定的工况下得到的，大多是在实验条件下得到的，有特定的适用范围，不同流型间的差别，现在仍没有一致的标准。而实际生产过程中条件变化多样，无法满足适用范围。对于两相流的流动参数，传统方法不仅仅无法得到非常准确的流动特性参数，同时也不能满足生产过程中对流型在线监测的要求，因此，传统的流型识别方法只适合运用于对气液两相流流型定性的判别。随着工业技术的不断发展，对流型识别的准确性与实时性的要求也不断的提高，传统的流型识别的方法已经无法满足要求，想要实现两相流流型的在线识别与监测，就需要提出新的方法。近些年来，随着科学技术迅速发展，非线性信号分析理论、电子计算机技术、气液两相流测量技术、小波理论、人工神经网络技术、现代信息处理技术以及数据融合技术的不断发展，为流型识别新方法的研究提供了新的方向。研究者开始研究气液两相流流动的差压、压力等波动参数信号的统计特征量作为流型识别的特征向量。Hubband与Dukler等对水平管道内壁面静压力波动信号进行功率谱(PSD)分析定量对管内离散流、弥散流与断续流进行定量识别。Goichi通过将概率密度函数(PDF)和压差波动信号的均值等统计特征量作为流型的特征向量，然后再来判别流型。Vince与Lahey则是提出把空隙率信号的PDF和PSD这两个统计特征量作为气液两相流流型的特征向量来进行气液两相流流型的识别。白博峰等通过压差波动信号的PSD随频率分布特性的均方根，对泡状流、间歇流和环状流进行识别。但之后的研究指出此方法实用性不强。Jones与Zuber利用x射线衰减技术，针对垂直管道内气水两相的空泡份额分析PDF曲线的峰值特征来识别流型。Tutu通过压差波动信号的概率密度分布的峰值个数与位置来判别泡状流、乳状流、环状流与弹状流。Wambsganss等对水平放置的矩形通道内的气水两相流进行了实验，并提出通过壁面静压力波动方根(RMS)识别弹状流向环状流转变，以及泡状流向塞状流转变的过渡流型。李菊等利用Mallat小波分析方法分析压差信号在不同频率范围内的能量特点，对段塞流和波状流进行判别。陈珙等利用尺度密度分布关系判别流型，即将小波变换系数除以总采样点数大小来定义不同频段内的信号能量。白博峰等将混沌理论应用于流型识别领域。Cai等提出利用相关维数来识别流型的方法。周云龙等提出结合神经网络与DS证据理论的多特征信息融合方法实现流型识别。施丽莲等通过图像技术提取气液两相流动中气泡特征对流动图像进行流型识别。Embrechts等将Kohonen神经网络模型运用在水平管道内气液两相流流型的识别上。Monji等、Mi和Ishii将含气率波动信号的统计特征量作为神经网络的输入特征参数，进行仿真实验，结果表明流型识别结果比较理想。周云龙等提取压差波动信号的特征值，结合改进的BP神经网络对流型进行判别。流型识别研究经过长期发展，己取得了很大的进步，从传统方法到运用现代信息处理手段来判别，两相流流型识别研究有着重要的研究意义与现实意义，新兴的激光技术、光谱技术、微波技术、层析成像技术等的发展，对于流型识别的研究起到很大的推动作用。随着计算机数据采集技术的不断发展与更新，将模式识别、人工智能和数据融合等先进的技术手段综合利用，进而实现流型的在线识别也将会成为重要的发展方向。五 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路 1.主要研究内容 1.1气液两相流流型识别的目的及意义，对国内外关于气液两相流流型识别的研究现状进行了分析和总结； 1.2简单描述水平管两相流流型的测量方法、划分，详细描述了Baker方法、Mandhane方法、Taitel-Dukler方法、肖-肖恩-布里尔方法、Gregory-Mandhane-Aziz方法等五种水平管流型识别的方法； 1.3详细介绍两种倾斜管道中气液两相流流型判别方法：Beggs-Brill方法、Mukherjee-Brill方法；1.4挑选Mandhane流型识别方法进行VB编程，Beggs-Brill方法分别运用Flash和VB进行编程，得到气液两相流流型识别计算软件并熟练运用；2. 需重点研究的关键问题2.1Baker方法、Mandhane方法、Taitel-Dukler方法、肖-肖恩-布里尔方法、Gregory-Mandhane-Aziz方法等五种水平管流型识别的方法的描述；2.2Beggs-Brill方法、Mukherjee-Brill方法两种倾斜管流型识别方法的描述； 2.3Mandhane流型识别方法进行VB编程，Beggs-Brill方法分别运用Flash和VB进行编程，得到气液两相流流型识别计算软件。六 完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法 1.图书馆 2.CNKI数据库 3.万方数据库 4.百度学术 5.学校机房七 工作的主要阶段、进度与时间安排第13周：确定毕业设计课题及指导教师，查阅相关资料，完成外文翻译；第46周：查阅相关资料，完成开题报告，熟知气液两相流流型识别的方法；第711周：编程计算软件并熟练运用来完成各种两相流模型的数据计算；第12周：对计算的结果进行处理研究，得出相对应的结论，并撰写毕业论文；第13周：修改毕业论文，制作幻灯片，准备答辩。8 指导老师审查意见 指导教师签名： 审核日期： 年 月 日长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见 学生姓名刘念专业班级储运11102班毕业论文(设计)题目气液两相流流型识别系统指导教师刘云老师 职 称副教授 评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见：指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名刘念专业班级储运11102班毕业论文(设计)题目气液两相流流型识别系统评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名刘念专业班级储运11102班毕业论文(设计)题目气液两相流流型识别系统答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)气液两相流流型识别系统学 生：刘念，石油工程学院指导教师：刘云，石油工程学院摘要两相流动介质的相界面分布状况，即流型，在很大程度上影响着两相流的传热特性、流动特性，以及两相流系统的运行特性与流动参数的准确测量，因此研究气液两相流流型识别一直是两相流参数测量的重要方向之一，同时也对工业生产的高效运行与安全性提供了必要的保障。如今快速准确地对两相流流型进行在线识别，已成为国内外学者的研究热点。由于两相流动十分复杂，相分界面以及流体结构分布状况是随着流动过程不断变化的，而且两相流流型多样且其变化具有随机性，所以两相流流型的研究仍然具有很大难度。本文首先对国内外关于气液两相流流型识别系统的研究现状、发展趋势及研究方向进行了描述；然后介绍了水平管道气液两相流流型的测量方法、水平管道中气液两相流流型的划分，后面还介绍了水平管道中气液两相流流型的识别方法和倾斜管道中气液两相流流型的识别方法，并说明了各种方法的优缺点、使用条件及范围；最后以贝格斯和布里尔对流型划分标准和曼德汉对流型划分标准为依据设计了计算软件，该软件通过输入部分参数会自动计算，然后输出相对应的流型，该计算软件方便实用。关键词气液两相流流型 识别系统 计算软件Abstract The phase interface distribution status of two-phase flow,the flow pattern, to a great extent,affects the heat transfer characteristics, flow characteristics,as well as the running characteristics of two phase flow system and accurate measurement of flow parameters,so the gas-liquid two phase flow pattern identification has been one of the important direction of two-phase flow parameter measurement, but also provides the necessary guarantee for the efficient operation and security of the industrial production .Now how to identify the two phase flow model on-line rapidly and accurately has become a research hot-spot of scholars both at home and abroad. Because two-phase flow is very complex, phase interface and the distribution status of fluid structure is changing along with the flow process, and two phase flow model is various and it can change random,so the research of the two phase flow model still has great difficulties. This paper describe the present research situation, the trend of the development and the direction of the research about the gas liquid two phase flow pattern identification system at home and abroad at first,and then introduces the measurement method of the horizontal type gas-liquid two phase flow model,the partition of the horizontal type gas-liquid two phase flow model.It also introduces the identification methods of the gas-liquid two phase flow model of horizontal pipeline and inclined pipeline.and illustrates the advantages and disadvantages, the scope and conditions of use of various methods.Finally it designed a calculation software according to the classification standard about flow type of Beggs and Brill and Mandhane .If you input some parameters,the software will calculate automatically,and then output the corresponding flow pattern, the calculation software is convenient and practical. Keywords: gas-liquid two phase flow pattern identification system calculation softwareXV概述气液两相流流型识别系统1 概述1.1 课题的来源 结合科研项目1.2 研究的目的及意义近年来，随着石油开发的重心由陆地转移到海洋、沙漠和极地等自然环境恶劣的地区，油气混输技术成为石油工程所研究的热点并在整个石油工业得到了广泛的应用。油气混输技术在快速的发展同时也带动了多相流的发展与研究，使得多相流技术在整个石油、化工、冶金等工业中都得到广泛的应用。在多相流技术的应用中以两相流为主；而在两相流技术的应用中又以气液两相流的应用为主。在石油和天然气的运输中主要是以水平气液两相流为主，在输油管道中，沿线输送压力随着介质的流动逐渐的降低，油晶中的轻烃成份会慢慢的释放出来，形成气、液两相交替的流动。同样，在输气管道的输送过程中，也会有少量的重烃成分析出，形成低持液率的气液两相流动。在气液两相流的研究中，流型，作为描述两相流流动特性的一个重要参数，对它的研究是具有非常重要的价值的，它不仅影响着流动系统的运行特性和流动参数的准确测量，还影响着界面含气率、热交换系数、两相摩擦阻力等参数的准确计算和理论模化。在工程应用中，流型与两相流压降有直接的关系，因此对流型的研究至关重要。由于流型复杂多变，很难描述，两相流参数的计算和预测精度也比较低。为了更好的掌握流体的流动规律，提高预测和计算的精确程度，从而更好的为工业服务，同时提高经济效益，有必要对气液两相流流型进行深入且系统的研究。1.3 国内外研究现状、发展趋势及存在的问题 目前，在动力、化工、制冷、核能、石油和冶金等多个行业的大部分生产设备中都牵涉到气液两相流流动工况。两相流动介质相界面的分布状况，也就是流型，在很大程度上影响着两相流流动参数的准确测量与两相流流动系统的运行特性，以及两相流的流动特性、传热特性等等，因此对气液两相流流型识别系统的研究一直是两相流参数测量的重要方向之一，同时也为工业生产的安全性与高效运行提供了必要的保障。如今快速而且准确地对气液两相流流型进行在线识别，已经成为国内外学者研究的热点。由于气液两相流的流动特别的复杂，相分界面和流体结构的分布状况是随着流动过程的变化而不断变化的，而且气液两相流流型有很多种类并且其变化具有随机性，所以对于气液两相流流型的研究还是具有很大难度的。对于气液两相流流型的判别有两种传统的判别方法：一种是通过流型图来判断气液两相流的流型。首先通过实验的方法，做出流型图，然后与作为对照标准的流型图作对比，最后作出判断，其中作为对照标准的流型图是根据以往的实践经验而得出的。第二种是以流型转变机理为依据，研究得到其转变关系式，现场测定并计算得到各流动参数(流量、干度等)，通过这些参数来判定流型。国内外的很多学者对两相流流型识别方法进行研究，并取得了一定的成果。Kokal等对倾斜管内的油气两相流进行了针对性的研究，并将实验后得到的数据与Taitel和Dulker绘制的流型图进行了比较，通过实验数据的比较与验证，对原有的半经验半理论流型转变准则进行了改进。Ewing等通过对摄像技术的利用，记录了水平管道中的气液两相流流型的变化情况，在与原油流型图进行杜比之后，扩充了原有流型图的数据，扩大了其适用范围。Lu Zhongqi等采用经验或理论关系式封闭方程与简化两相流体模型，计算出流动特性参数来进行流型识别。KalkachNzvarro等发展描述气泡串形成与破碎的广义两相流体模型，计算分析含气率和压力波，进行流型判别。周云龙等则通过研究倾斜下降管和螺旋管内的气液两相流截面含气率的变化规律，得到了相关的理论模型，为倾斜下降管和螺旋管这一类气液两相流流型识别提供了重要的理论基础。杨靖等不仅对气液两相流动的差压波动信号分形插值的非线性数据拟合与重构进行了研究，同时也在研究基础上提出了气液两相流压力降数据的经验关联式方法。 虽然传统的气液两相流流型识别方法研究已经取得了很大进展，但传统的流型识别方法有很大的局限性，且精度不高，已有的作为标准的流型图是在一定的工况下得到的，大多是在实验条件下得到的，有特定的适用范围，不同流型间的差别，现在仍没有一致的标准。而实际生产过程中条件变化多样，无法满足适用范围。对于两相流的流动参数，传统方法不仅仅无法得到非常准确的流动特性参数，同时也不能满足生产过程中对流型在线监测的要求，因此，传统的流型识别方法只适合运用于对气液两相流流型定性的判别。随着工业技术的不断发展，对流型识别的准确性与实时性的要求也不断的提高，传统的流型识别的方法已经无法满足要求，想要实现两相流流型的在线识别与监测，就需要提出新的方法。近些年来，随着科学技术迅速发展，非线性信号分析理论、电子计算机技术、气液两相流测量技术、小波理论、人工神经网络技术、现代信息处理技术以及数据融合技术的不断发展，为流型识别新方法的研究提供了新的方向。研究者开始研究气液两相流流动的差压、压力等波动参数信号的统计特征量作为流型识别的特征向量。Hubband与Dukler等对水平管道内壁面静压力波动信号进行功率谱(PSD)分析定量对管内离散流、弥散流与断续流进行定量识别。Goichi通过将概率密度函数(PDF)和压差波动信号的均值等统计特征量作为流型的特征向量，然后再来判别流型。Vince与Lahey则是提出把空隙率信号的PDF和PSD这两个统计特征量作为气液两相流流型的特征向量来进行气液两相流流型的识别。白博峰等通过压差波动信号的PSD随频率分布特性的均方根，对泡状流、间歇流和环状流进行识别。但之后的研究指出此方法实用性不强。Jones与Zuber利用x射线衰减技术，针对垂直管道内气水两相的空泡份额分析PDF曲线的峰值特征来识别流型。Tutu通过压差波动信号的概率密度分布的峰值个数与位置来判别泡状流、乳状流、环状流与弹状流。Wambsganss等对水平放置的矩形通道内的气水两相流进行了实验，并提出通过壁面静压力波动方根(RMS)识别弹状流向环状流转变，以及泡状流向塞状流转变的过渡流型。李菊等利用Mallat小波分析方法分析压差信号在不同频率范围内的能量特点，对段塞流和波状流进行判别。陈珙等利用尺度密度分布关系判别流型，即将小波变换系数除以总采样点数大小来定义不同频段内的信号能量。白博峰等将混沌理论应用于流型识别领域。Cai等提出利用相关维数来识别流型的方法。周云龙等提出结合神经网络与DS证据理论的多特征信息融合方法实现流型识别。施丽莲等通过图像技术提取气液两相流动中气泡特征对流动图像进行流型识别。Embrechts等将Kohonen神经网络模型运用在水平管道内气液两相流流型的识别上。Monji等、Mi和Ishii将含气率波动信号的统计特征量作为神经网络的输入特征参数，进行仿真实验，结果表明流型识别结果比较理想。周云龙等提取压差波动信号的特征值，结合改进的BP神经网络对流型进行判别。流型识别研究经过长期发展，己取得了很大的进步，从传统方法到运用现代信息处理手段来判别，两相流流型识别研究有着重要的研究意义与现实意义，新兴的激光技术、光谱技术、微波技术、层析成像技术等的发展，对于流型识别的研究起到很大的推动作用。随着计算机数据采集技术的不断发展与更新，将模式识别、人工智能和数据融合等先进的技术手段综合利用，进而实现流型的在线识别也将会成为重要的发展方向。1.4 本文研究的主要内容（1）大致描述了气液两相流流型识别的目的及意义，通过查阅文献等对国内外关于气液两相流流型识别的研究现状进行了分析和总结；（2）简单描述水平管两相流流型的测量方法、划分，详细描述了Baker方法、Mandhane方法、Taitel-Dukler方法、肖-肖恩-布里尔方法、Gregory-Mandhane-Aziz方法等五种水平管流型识别的方法；（3）详细介绍两种倾斜管道中气液两相流流型判别方法：Beggs-Brill方法、Mukherjee-Brill方法；（4）挑选Mandhane流型识别方法进行VB编程，Beggs-Brill方法分别运用Flash和VB进行编程，得到气液两相流流型识别计算软件并熟练运用；（5）总结在写论文过程中的收获。第 53 页 共 75 页水平管流型的测量方法、划分、判别及测量方法2 水平管流型的测量方法、划分、判别及计算方法2.1 水平管流型的测量方法 对气液两相流型的测量，传统的测量方法应有两种：用流型图或流型转换判据。而运用流型图或者流型转换准则只能大致的预测出流型及流型的转换，不能准确的获取到两相流流动状态的实时信息，然而在工程实际应用中，往往需要实际了解流型对系统运行状况的影响。此时，应用仪器设备直接识别管道内气液两相流的流型就自然而然地成为人们的选择。根据工作原理的不同，可以分为两类流型实时识别方法：一类直接方法，直接方法是根据两相流流动图像的形式直接对流型进行确定，直接方法包括肉眼观察法、高速摄影法、接触探头法、射线衰减法、过程层析成像法等；另一类是间接方法，间接方法则是通过对反映两相流流动特性的波动信号进行处理分析，提取出流型特征，然后对气液两相流的流型进行识别。这种方法建立在随机信号处理技术的基础上，不仅具有价格低廉、设备简单的优点，而且极有希望发展成为流型识别的客观方法，因此受到众多国内为研究者的关注，现在已经成为流型识别技术中的研究热点。2.1.1 目测法 目测法包括肉眼观察法、高速摄影等。（1）肉眼观察 肉眼观察法是直接通过肉眼透过管道上的透明窗口观测管道内的流动状态，然后再来确定流型，这个方法既是最简单、最经济的，也是到目前为止最可靠的流型确定方法。但是肉眼观察法有一定的适用范围，它只能用于低压低流速的流动状态，因为在高压力的流动状态下安装透明的观察窗相对来说比较困难，并且由于人体肉眼反应能力有限，在高流