CN113029259A - 基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置、内传输线、内传输线布置方法及流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置、内传输线、内传输线布置方法及流量测量方法，属于流量测量技术领域，不仅可以灵敏的感知含液率、流型、气相表观速度、压力降等两相流参数的变化，而且结构简单，工况适应性强。本发明为在线测量，相比应用较广的离线测量实时性好；并且在相同测量条件下，可以得到较高的流量测量精度。

Description

基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置、内传输线、 内传输线布置方法及流量测量方法

技术领域

本发明涉及流量测量领域，具体而言，涉及基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置、内传输线、内传输线布置方法及流量测量算法。

背景技术

气液两相流广泛存在和应用于动力、石油、化工等工业领域,其流量的在线测量具有重要的科学和工程意义。由于气液两相流是一种随机多变的过程，其研究过程比单相流复杂，气液两相流中气相还具有可压缩特性，导致两相流参数检测比其它两相流动形式更加复杂和困难，其流量的测量一直是国内外未能得到很好解决的难题。

目前，气液两相流参数测量方法主要是以单相流仪表和现代新型测量技术(光学法、射线法以及丝网探针法等)相结合为基础,综合运用数理统计、模式识别、神经网络和机器学习等软测量技术来实现难以用机理数学模型准确描述的两相流流量在线测量。其中，光学法测量精度较高，但光学测量设备价格昂贵，通常只能拍摄到部分流场，且对被测介质和应用环境的清洁度有严格要求，不利于现场应用。射线法由于涉及到放射性元素，审批困难且成本也较高。丝网探针通过在流动截面布置正交的金属电极丝，利用丝网节点测量流道全截面瞬时电信号值进行流场形态结构的重现，但其对待测介质的清洁度要求较高。本发明提出了基于多微波传输线与矩形流量计相结合的气液两相流量测量装置，通过对矩形流量计结构参数、传输线尺寸及布置方式的合理优化，不仅丰富了实时信息的采集量，而且提高了装置对含液率、流型、气相表观速度、压力降等两相流参数的敏感性，从而提高两相流流量测量精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出，一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，能够实现流体的主动测量与捕捉，从而，提升流体测量效率，同时降低实验设备资源消耗。

本发明的第二个目的在于提出一种内传输线布置方法。

本发明的第三个目的在于提出一种内传输线。

本发明的第四个目的在于提出一种流量测量方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，包括测量管体，所述测量管体内设有矩形流量监测机构和/或微波流量监测机构；

所述矩形流量监测机构，通过利用虚高特性实现气液两相流的流量测量；

所述微波流量监测机构，通过利用实际应用的电介质中的传导电流实现气液两相流的流量测量。

另外，根据本发明上述实施例的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述矩形流量监测机构分为收缩段、喉部和扩张段；

所述收缩段处设有取压孔一；

所述喉部处设有楔形结构；

所述楔形结构优选为长喉颈矩形楔块；

所述喉部处设有取压孔二。

根据本发明的一个实施例，所述微波流量监测机构包括外传输线和多个内传输线；

所述内传输线的个数优选为4个。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种内传输线布置方法，

进一步的，步骤一、利用流体仿真软件对影响流量计性能及气液两相流动状态的结构参数进行仿真与优化他，通过测量测量管体直径D，确定楔形结构的喉部长度、上游前倾角α及下游后倾角β的参数设置范围；

进一步的，步骤二、外传输线为矩形流量计喉部腔体，楔形结构高度为h，从左至右，第一根内传输线31距离喉部取压孔一211的距离为1D，依次间隔20mm，水平安装内传输线31均位于管体下半部分

高度处。

另外，根据本发明上述实施例的一种内传输线布置方法，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述楔形结构的喉部长度为2D～2.5D；优先所述楔形结构的喉部长度优选为2D；

所述上游前倾角α为45°～60°；所述上游前倾角α优选为45°；

所述下游后倾角β为22.5°～30°；所述下游后倾角β优选为22.5°。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种内传输线，在外传输线形式固定的条件下，利用多物理场仿真软件对内外传输线的间的电磁场进行数值计算，确定内传输线的直径、间距及其微波频率。

另外，根据本发明上述实施例的一种内传输线，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，每个所述内传输线的直径为2mm～3mm；每个所述内传输线的直径为优选为2mm；

每两个所述内传输线的间距为18mm-20mm；每两个所述内传输线的间距优选为20mm；

每个所述内传输线的微波频率为0.5GHz～2GHz；每个所述内传输线的微波频率优选为0.8GHZ～1.2GHZ。

为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出的一种流量测量方法，

步骤一、通过设置在内传输线的检测装置获取每个内传输线的相位移量信号Φ；

通过设置在取压孔一和取压孔二处的检测装置获取相应的压力信号P和差压信号ΔP；

步骤二、判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号是否满足预设条件；

步骤三、如果所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号满足所述预设条件，索引系统中已预设的对分层流、环状流、雾状流等流型；

骤四、确定静态标定系数Z

根据内传输线获取的实时信号得到水平、竖直内传输线介电最大值与最小值均为静态标定出来的系数Z、其表达式为：

Z＝(ε_h+ε_v)×100

其中，ε_h为水平内传输线介电归一化值，ε_v为竖直内传输线电归一化值，其表达式为：

其中，x_i、y_i为现场应用过程中实时通讯值，即为动态数据；

步骤五、计算体积含液率LVF

选定流型后，得到体积含液率LVF的估算范围，根据LVF的估算范围和系数Z选定具体体积含液率LVF关系式为：

其中，A、B、C、D、E均为常数，A、B、C、D、E可根据LVF的估算范围和系数Z进行确定；

步骤六、选择合适的虚高模型；

式(5)中X为L-M参数其表达式为

式(7)中，ρ_l和ρ_g分别为液相和气相密度，Q_l和Q_g分别为液相和气相体积流量；

式(6)中，参数n为气相Frg的函数；

n＝f(Frg) (4)

步骤七、气液两相流量计算；

另外，根据本发明上述实施例的一种流量测量方法，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P是否满足预设条件，包括：

对所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P进行特征提取，以得到第一特征信息；

根据所述第一特征信息判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P是否满足预设条件。

根据本发明的一个实施例，所述第一特征信息包括频率特征、幅度特征、液相特征和气相密度特征中的至少一个。

本发明与现有技术比较所具有的有益效果：一种流量测量方法，能够克服现有技术对含水率计算精度不够，测量范围窄的缺点；本发明为在线测量，相比应用较广的离线测量实时性好；本发明装置构造简单，体型小巧，对空间要求低，易于串接和拆卸，且相比现用仪表造价相对低廉，使用方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本发明实施例的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的收缩角与扩张角对流出系数C的影响分析图；

图3为本发明实施方式提供的电极尺寸对流出系数的影响分析图；

图4为本发明实施方式提供的电极尺寸引起的流出系数C的相对误差分析图；

图5为本发明实施方式提供的传感器COMSOL模型结构图；

图6为本发明实施方式提供的传感器模型结构x-y面图；

图7为本发明实施方式提供的传感器模型结构x-z面图；

图8为本发明实施方式提供的传感器模型结构y-z面图；

图9为本发明实施方式提供的在不同含液率下，电极1传输系数S21的相位与频率之间的关系曲线；

图10为本发明实施方式提供的在不同含液率下，电极2传输系数S21的相位与频率之间的关系曲线；

图11为本发明实施方式提供的在不同含液率下，电极3传输系数S21的相位与频率之间的关系曲线；

图12为本发明实施方式提供的在不同含液率下，电极4传输系数S21的相位与频率之间的关系曲线；

图13为本发明实施方式提供的f＝0.9GHz的电场云图；

图14为本发明实施方式提供的气相流量测量误差分布图；

图15为本发明实施方式提供的液相流量测量误差分布。

图中：1、测量管体；2、矩形流量监测机构；3、微波流量监测机构；21、收缩段；22、喉部；23、扩张段；211、取压孔一；221、楔形结构；231、取压孔二；31、内传输线。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置的结构示意图。

如图1所示，一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，包括测量管体1，所述测量管体1内设有矩形流量监测机构2和/或微波流量监测机构3；所述矩形流量监测机构2，通过利用虚高特性实现气液两相流的流量测量；所述微波流量监测机构3，通过利用实际应用的电介质中的传导电流实现气液两相流的流量测量。

进一步的，所述矩形流量监测机构2分为收缩段21、喉部22和扩张段23；

具体的，所述收缩段21处设有取压孔一211；

具体的，所述喉部23处设有取压孔二231；

具体的，所述喉部22处设有楔形结构221；

优先的，所述楔形结构221优选为长喉颈矩形楔块；

进一步的，所述微波流量监测机构3包括外传输线和多个内传输线31；

优先的，所述内传输线31的个数优选为4个。

下面结合附图1，对本发明实施例的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置进行说明。

该装置主要是由矩形流量计和内传输线两部分组成，其中矩形流量计分为收缩段、喉部和扩张段三部分。

在矩形流量计收缩段，流通面积逐渐减小，气液两相流动是一个减压增速过程。由于气相密度小，气相获得的加速度要大于液相，从而提高气相对液相的夹带能力，即夹带率。夹带率在喉部达到最大值，且处于稳态。当其他工况条件不变时，随着液相含率的增加，因气相流通面积减少导致气相流速增大，加之气相与液膜之间的摩擦以及气相夹带液滴的摩擦，均使ΔP₁(P₁-P₂)呈逐渐增大的趋势，并且ΔP₁的脉动状态受气液两相分布状态影响严重。

在扩张段，流通面积逐渐增大，气液两相流动是一个增压减速的过程，由于气相流速与液相流速同时减小，从而气相对液相的夹带能力降低，即液相沉积率增大。对于气液两相流而言，由于液相的不可压缩性，使其在喉部的截面含液率要明显高于扩展段的截面含液率。

综合以上分析可知，气液两相流在喉部和扩展段截面上的分布状态存在较大的差异性，并且ΔP₁对液相含率和流态分布变化具有较强的敏感性。从而提高流量管体的测量灵敏度和精度。

如图2所示，一种内传输线布置方法，步骤一、利用流体仿真软件对影响流量计性能及气液两相流动状态的结构参数进行仿真与优化他，通过测量测量管体1直径D，确定楔形结构221的喉部长度、上游前倾角α及下游后倾角β的参数设置范围；

步骤二、外传输线为矩形流量计喉部腔体，楔形结构高度为h，从左至右，第一根内传输线31距离喉部取压孔一211的距离为1D，依次间隔20mm，水平安装内传输线31均位于管体下半部分

高度处。

进一步的，所述楔形结构221的喉部长度为2D～2.5D；优先所述楔形结构221的喉部长度优选为2D；

所述上游前倾角α为45°～60°；所述上游前倾角α优选为45°；

所述下游后倾角β为22.5°～30°；所述下游后倾角β优选为22.5°。

本发明利用CFD仿真软件对矩形流量计收缩角和扩张角等结构参数进行优化设计，验证扩张段中电极尺寸对矩形流量计性能的影响，最终确定本发明的机械结构。仿真介质为水，流速范围是0.25m/s～5m/s，对应的雷诺数Re的范围是1.25×10⁴～25×10⁴。收缩角和扩张角对矩形流量计计量性能的影响如图2所示，图中δ为流出系数的线性度，是评价节流式流量计计量精度的重要指标。从图2中可以看出流出系数C对收缩角45°，扩展角22.5°的矩形流量计性能最佳，因此，本发明的矩形流量计收缩角为45°，扩展角为22.5°。

图3-4为根据本发明实施例的一种内传输线的结构示意图。

如图3-10所示，一种内传输线，在外传输线形式固定的条件下，利用多物理场仿真软件对内外传输线的间的电磁场进行数值计算，确定内传输线31的直径、间距及其微波频率。

进一步的，每个所述内传输线31的直径为2mm～3mm；每个所述内传输线31的直径为优选为2mm；

电极对矩形流量计的计量性能无影响规律如图3所示，相应流速点下流出系数偏差如图4所示，由此可见，直径为2mm-3mm的电极对矩形流量计内部流场扰动较小，因此，本发明中的设计的电极直径尺寸为2mm。

进一步的，每个所述内传输线31的微波频率为0.5GHz～2GHz；每个所述内传输线31的微波频率优选为0.8GHZ～1.2GHZ；

在利用COMSOL Multiphysics(多物理场仿真软件)对内外传输线间的电磁场进行仿真过程中，模型如图5所示，设置电极(铜材质)直径为2mm，外围包有厚度0.1mm的聚四氟乙烯保护层，金属棒两端分别加上两个内径2mm，外径4mm的同轴结构，端口类型设置为电缆，馈电电压为1V，匹配阻抗为50Ω。管壁材质为不锈钢，管长200mm。计算频点0.1-2GHz，扫频间隔0.1GHz，水位0-50mm，仿真间隔5mm。水介电常数实部80，虚部5；空气介电常数实部1，虚部0；聚四氟乙烯实部2.1，虚部0；铜介电常数实部1，虚部0；不锈钢介电常数实部1，虚部0。

图7中从左到右依次为电极1、2、3、4，四根电极的传输系数S21相位随含液率的变化曲线如图9所示，从图中可以得出频率f在0.5GHz～2GHz范围内，传输系数S21的相位值随频率f的增大而减小，频率f在0.8GHz～1GHz范围内对含液率变化具有较高的灵敏度，因此本发明优先选择的微波频率为0.8GHz～1GHz。

进一步的，每两个所述内传输线31的间距为18mm-20mm；每两个所述内传输线31的间距优选为20mm；

图13为电场分布云图，图中红色体箭头为电场，绿色体箭头为磁场，蓝色为电场模(电场强度)，从图中可以看出，间距为18mm-20mm电极之间，电场相互影响极小，所以本发明电极之间的距离优先选择20mm。

实验例

测试过程中，气相流速范围是4m/s～15m/s，液相体积含率范围是0.5％～5％。测试结果如图14、图15所示。

流体测量方法，包括以下步骤：

S101，通过设置在内传输线的检测装置获取每个内传输线的相位移量信号Φ；通过设置在取压孔一211和取压孔二211处的检测装置获取相应的压力信号P和差压信号ΔP。

可选地，检测装置可包括内传输线和/或压力传感器，其中，可通过内传输线获取流场中内传输线的相位移量信号，可通过压力传感器获取流场中的压力信号。

S201，判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号是否满足预设条件。

具体地，判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P是否满足预设条件，包括：

S202，对所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P进行特征提取，以得到第一特征信息。

可选地，在本发明的实施例中，第一特征信息包括频率特征、幅度特征、液相特征和气相密度特征中的至少一个。

S301，如果所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号满足所述预设条件，索引系统中已预设的对分层流、环状流、雾状流等流型。

应理解的是，第一特征信息可作为流体的相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号的典型特征，用于判断流体是否再次出现。

S401确定静态标定系数Z

根据内传输线获取的实时信号得到水平、竖直内传输线介电最大值与最小值均为静态标定出来的系数Z、其表达式为：

Z＝(ε_h+ε_v)×100

其中，ε_h为水平内传输线介电归一化值，ε_v为竖直内传输线电归一化值，其表达式为：

其中，x_i、y_i为现场应用过程中实时通讯值，即为动态数据；

S501计算体积含液率LVF

选定流型后，得到体积含液率LVF的估算范围，根据LVF的估算范围和系数Z选定具体体积含液率LVF关系式为：

其中，A、B、C、D、E均为常数，A、B、C、D、E可根据LVF的估算范围和系数Z进行确定；

具体的，

S601、选择合适的虚高模型；

式(5)中X为L-M参数其表达式为

式(7)中，ρ_l和ρ_g分别为液相和气相密度，Q_l和Q_g分别为液相和气相体积流量；

式(6)中，参数n为气相Frg的函数；

n＝f(Frg) (4)

具体的，

虚高气相流量计算公式：

其中C为固定值0.96气相流量计算公式：

S701、气液两相流量计算；

具体地，在流体测量过程中，可利用设置在流场中的检测装置获取相位移量信号Φ和/或相关压力信号P，并对相位移量信号Φ和/或相关压力信号P进行实时在线分析，若相位移量信号Φ和/或相关压力信号P满足预设条件，可认为流体再次出现，此时，可索引系统中已预设的对分层流、环状流、雾状流等流型，进行检测。

具体地，在本发明的实施例中，内传输线和/或压力传感器可以根据流场的实际情况进行相应的设置，例如，可以单独使用，也可以同时使用，检测装置的安装位置应保证能获取流场中的清晰信号，并尽量减少对流场的干扰。

对本发明实施例的流体测量方法进行说明。

当流场中出现流体时，通过设置在流场中的内外传输线和/或压力传感器获取相位移量信号Φ和/或相关压力信号P，并对进行A/D转换之后的相位移量信号Φ和/或相关压力信号P，进行信号处理(例如，频率特征、幅度特征、液相特征和气相密度特征等)，以获取第一特征信息，并将第一特征信息作为流体是否再次出现的预设条件，进而，当流场中出现流体时，通过设置在流场上游的热线风速仪和/或压力传感器获取相位移量信号Φ和/或相关压力信号P，并对进行A/D转换之后的相位移量信号Φ和/或相关压力信号P进行实时在线分析，其中，当判断相位移量信号Φ和/或相关压力信号P满足预设条件时，对相位移量信号Φ和/或相关压力信号P进行D/A转换，以及，触发同步器，可索引系统中已预设的对分层流、环状流、雾状流等流型，进行检测并保存在计算机可读存储介质，从而，实现流体的主动测量与捕捉，从而，提升流体测量效率，同时降低实验设备资源消耗。

综上，根据本发明实施例的流体测量方法，通过设置在流场上游的检测装置获取相位移量信号Φ和/或相关压力信号P，并在判断相位移量信号Φ和/或相关压力信号P满足预设条件时，索引系统中已预设的对分层流、环状流、雾状流等流型，进行检测并保存在计算机可读存储介质。由此，实现流体的主动测量与捕捉，从而，提升流体测量效率，同时降低实验设备资源消耗。

进一步的，当两相流体通过内外传输线间形成的检测电场时，气液两相含率发生变化将导致两相流体等效介电常数也随之改变，从而使得经过内传输线的电磁波信号在气液混合介质中传输会产生相位差变化，表达式为：

式中：

σ—介质等效电导率(S·m^-1)；

ω—信号角频率(rad·s^-1)

ε₀—真空绝对介电常数；

μ₀—真空介质磁导率(H·m^-1)；

ε_rgw—气液混合介质相对介电常数；

由上可知，介电常数和电导率影响电磁波信号的两个重要参数。

所以，当频率一定时，TEM波经过长为L的内传输线所产生的相位移为：

Φ＝φ·L

在恒定电场作用下，理想电介质中没有传导电流，但是在实际应用的电介质中有传导电流，数值很小，只能用微电流计来测量。具有慢极化的电介质在交变电场作用下所表现出的介质特性(极化与损耗)与电场频率有关。表达式(6)为相对复介电常数表达式，该式为考虑电导率影响的的德拜方程。

式中：

ε_r∞—光频相对介电常数；

ε_rs—静态相对介电常数；

τ—弛豫时间常数；

σ—介质等效电导率(S·m^-1)；

ω—信号角频率(rad·s^-1)

参数ε_rs和τ受介质的温度和矿化度影响，提高信号角频率ω可以减小该影响，因此，本装置采用频率较高的微波信号。

同时，矩形流量计是一种新型的差压式流量计，气液两相流经过差压式流量计时会产生虚高现象，以节流件作为核心部件的气液两相流量计正是利用虚高特性实现气液两相流的流量测量。当用差压式流量计进行气液两相流的流量测量时，由于气相介质与液相介质共同存在并且相互作用，使得实际测得的差压信号值比等量的气体介质单独流过节流件时偏大，造成气相测量结果比真实值偏高，即产生虚高现象。当气相介质单独通过节流式流量计时，其质量流量的计算公式为

式中，W_g为气体的质量流量，ε为可膨胀系数，β为节流比，ρ_g为气体的密度，ΔP_g为单相气体流过节流装置时产生的差压值。

当气相介质中含有一定量的液相时，两相流介质流过节流件比等量气体单独流过时产生的差压值明显偏高，如果采用式(8)计算气相流量，得到的结果则是气相的虚高流量，比实际流量偏大，如式(9)所示

式中，ΔP_tp为气液两相流经过节流件时参数的差压值，与ΔP_g相比，明显偏大。

为了获得准确的气相质量流量，学术界引入了一个无量纲的虚高修正系数OR，其表达式为

大量的理论和实践研究已经证明，影响虚高的因素主要包括节流件的结构形式、结构参数、气相流速、工况压力、液相含率等。

进一步地，本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有流体测量方法计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的流体测量方法。

综上，根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过执行其上存储的流体测量方法计算机程序，能够实现流体的主动测量与捕捉，从而，提升流体测量效率，同时降低实验设备资源消耗。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，包括测量管体(1)，其特征在于，所述测量管体(1)内设有矩形流量监测机构(2)和/或微波流量监测机构(3)；

所述矩形流量监测机构(2)，通过利用虚高特性实现气液两相流的流量测量；

所述微波流量监测机构(3)，通过利用实际应用的电介质中的传导电流实现气液两相流的流量测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，其特征在于，所述矩形流量监测机构(2)分为收缩段(21)、喉部(22)和扩张段(23)；

所述收缩段(21)处设有取压孔一(211)；

所述喉部(22)处设有楔形结构(221)；

所述楔形结构(221)优选为长喉颈矩形楔块；

所述喉部(23)处设有取压孔二(231)。

3.根据权利要求1所述的一种基于微波与矩形流量计的气液两相流量测量装置，所述微波流量监测机构(3)包括外传输线和多个内传输线(31)；

所述内传输线(31)的个数优选为4个。

4.基于任一所述的权利要求1-3的一种内传输线布置方法，其特征在于，

步骤一、利用流体仿真软件对影响流量计性能及气液两相流动状态的结构参数进行仿真与优化他，通过测量测量管体(1)直径D，确定楔形结构(221)的喉部长度、上游前倾角α及下游后倾角β的参数设置范围；

步骤二、外传输线为矩形流量计喉部腔体，楔形结构高度为h，从左至右，第一根内传输线(31)距离喉部取压孔一(211)的距离为1D，依次间隔20mm，水平安装内传输线(31)均位于管体下半部分

高度处。

5.根据权利要求4所述的一种内传输线布置方法，其特征在于，所述楔形结构(221)的喉部长度为2D～2.5D；优先所述楔形结构(221)的喉部长度优选为2D；

所述上游前倾角α为45°～60°；所述上游前倾角α优选为45°；

所述下游后倾角β为22.5°～30°；所述下游后倾角β优选为22.5°。

6.基于任一所述的权利要求1-3的一种内传输线，其特征在于，在外传输线形式固定的条件下，利用多物理场仿真软件对内外传输线的间的电磁场进行数值计算，确定内传输线(31)的直径、间距及其微波频率。

7.根据权利要求6所述的一种内传输线，其特征在于，每个所述内传输线(31)的直径为2mm～3mm；每个所述内传输线(31)的直径为优选为2mm；

每两个所述内传输线(31)的间距为18mm-20mm；每两个所述内传输线(31)的间距优选为20mm；

每个所述内传输线(31)的微波频率为0.5GHz～2GHz；每个所述内传输线(31)的微波频率优选为0.8GHZ～1.2GHZ。

8.基于任一所述的权利要求1-3的一种流量测量方法，其特征在于，

步骤一、通过设置在内传输线的检测装置获取每个内传输线的相位移量信号Φ；

通过设置在取压孔一(211)和取压孔二(211)处的检测装置获取相应的压力信号P和差压信号ΔP；

步骤二、判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号是否满足预设条件；

步骤三、如果所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号满足所述预设条件，索引系统中已预设的对分层流、环状流、雾状流等流型；

步骤四、确定静态标定系数Z

根据内传输线获取的实时信号得到水平、竖直内传输线介电最大值与最小值均为静态标定出来的系数Z、其表达式为：

Z＝(ε_h+ε_v)×100

其中，ε_h为水平内传输线介电归一化值，ε_v为竖直内传输线介电归一化值，其表达式为：

其中，x_i、y_i为现场应用过程中实时通讯值，即为动态数据；

步骤五、计算体积含液率LVF

选定流型后，迭代求解得到体积含液率LVF的估算范围，根据LVF的估算范围和系数Z选定具体体积含液率LVF关系式为：

其中，A、B、C、D、E均为常数，A、B、C、D、E可根据LVF的估算范围和系数Z进行确定；

步骤六、选择合适的虚高模型；

式(5)中X为L-M参数其表达式为

式(7)中，ρ_l和ρ_g分别为液相和气相密度，Q_l和Q_g分别为液相和气相体积流量；

式(6)中，参数n为气相Frg的函数；

n＝f(Frg) (4)

步骤七、气液两相流量计算；

9.基于所述的权利要求8的一种流量测量方法，其特征在于，

判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P是否满足预设条件，包括：

对所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P进行特征提取，以得到第一特征信息；

根据所述第一特征信息判断所述相位移量信号Φ和/或相关所述压力信号P是否满足预设条件。

10.基于所述的权利要求9的一种流量测量方法，其特征在于，所述第一特征信息包括频率特征、幅度特征、液相特征和气相密度特征中的至少一个。

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