基于卡尔曼滤波的两相流含水率自适应估计方法

发布时间：2020-04-18 13:42

【摘要】：两相流广泛存在于自然界和工业生产中,现代科学研究和工业生产的发展对两相流检测的需求不断增加。特别是随着工业生产过程工艺的进步,对非侵入式测量、节能和控制等要求的提高,两相流过程参数测量的范围和精度要求也随之提高。油水、汽水两相流中,含水率是重要的过程参数。但由于两相流的流动状态复杂、多变,其自身结构变化的随机性对测试结果影响很大,难以对含水率测量进行直接的精确建模。因此,提出根据测量数据对两相流动态系统的内部状态进行估计的方法解决含水率的测量问题,采用电容传感器和电导传感器联合测量的实验方式,协同运用电学传感器上、下游测量数据,丰富建模信息,分别完成了油水两相流与气液两相流的含水率估计。论文的主要研究工作为:(1)油水、气水两相流含水率在线估计方法。针对目前两相流含水率测量方式过程信息不充足以及流态转换描述较少的现状,确定含水率估计的整体思想为增加流动状态估计中对状态转换的刻画,以丰富对于两相流流动对象的描述,同时结合电导传感器和电容传感器结构,提高估计算法和模型的针对性和自适应性,实现精确测量。(2)油水两相流含水率测量建模。针对油水两相流含水率的估计问题,通过引入流动状态转换思想,提出线性、非线性估计方法,建立自适应卡尔曼含水率估计模型。同时,以估计过程中的环境信息区分“连续相转变”的界限,运用来自不同敏感原理传感器实测数据,最终实现油水两相流含水率在全含率范围内的准确测量。(3)气水两相流含水率测量建模。针对气水两相流相比于油水两相流流态信息更加复杂,状态转换更加频繁和快速的特点,对自适应测量模型进行调整,从卡尔曼滤波系统模型数据匹配和流动过程中复杂噪声的角度,提高气水两相流含水率测量的精度。
【图文】：

示意图,水平管,示意图,环状流

流型图通常用于流型预测和识别，比较通 1976 提出的水平管气水两相流流型图等。的影响方式，两相流流型可以大致分为水平管道中两两相流流型，本文的研究对象为水平管道内的两相流管气液两相流流型气液两相流流型多样，主要可以分为泡状流、弹状流状流和环状流。其中，泡状流中含有大量球状气泡，者均匀分布于管道截面。弹状流和塞状流统称为间断机理以及在工业应用过程中的控制等的研究较为普遍的分层流”，其与波状流的区别在于气相和液相之间平滑的。环状流形成时，液相以液膜状态分布于管壁会伴有液膜波浪现象的发生，，称为“波浪环状流”。示意图如图 1-1 所示。

两相流,整体结构,测试系统,电容传感器

凹面结构和螺旋形结构等，并对其进行了优化和选择[4电容传感器同样具有成本低、易安装、响应快且无扰动等特点，同感器在各种流型条件下均能正常工作，如在油水两相流含水率较低连续的范围内，依旧能够较好地工作，能与电导传感器形成一定的但电容传感器易受噪声干扰。两种电学传感器联合采集的方式，可导传感器在低水含率条件下失效的缺点，同时降低电容传感器测量量结果的影响。电容电导式两相流测试系统结构电容电导式两相流测试系统整体结构如图 2-1 所示，电容、电导传图如图 2-2 所示，红色虚线区域内铜箔包裹的是电容传感器和电导
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O359;TN713

【参考文献】