CN202442954U

CN202442954U - 用红外线检测气液两相流流型的装置

Info

Publication number: CN202442954U
Application number: CN 201220024821
Authority: CN
Inventors: 于达; 段瑞溪; 吴海浩; 宫敬; 吕晓方; 胡善炜
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-01-18

Abstract

本实用新型提出一种用红外线检测气液两相流流型的装置，用于检测流动在测试管内气液两相流的流型，所述用红外线检测气液两相流流型的装置包括：红外线发射装置，设置在测试管之外；红外线接收装置，设置在测试管之外，与红外线发射装置信号连接，接收红外线发射装置发出的红外线信号；检测电路，设置在测试管之外并与红外线接收装置信号连接，将接收到的红外线信号转变为感应电压。本实用新型通过检测设备检测流型特征信号并采集，不仅可以实现流型的远距离检测，更可以根据信号特点制定判别准则，减少判别流型时主观因素的影响。本实用新型设备简单、操作方便、判别结果准确。

Description

用红外线检测气液两相流流型的装置

技术领域

本实用新型涉及气液两相流流型的检测领域，具体地，本实用新型涉及一种用红外线检测气液两相流流型的装置。

背景技术

在气液两相流研究中，流型是重要的基础参数。随着油气开采的需要以及油气输送技术的发展，现在的油气管道不仅仅输送油、气单相流体，输送更多的是油气混合流体。随之而来的便是对多相输送技术的研究。与单相输送管道不同的是，气液两相在管道中相互作用会产生不同的流型，在不同的流型下，压降规律以及其他流动特性均布相同。因此确定流型是气液两相流研究中最基础也是最重要的环节。在不同的流型下，流动有不同的特点、对应的研究方法亦不同；在两相流实验管道中，流型更是必须检测的参数。在气液两相流实验中，一般用透明流体作为实验介质，并采用透明观察段的方式，通过观察管道中气液流动的状态判断流型。

目前，流型检测主要有目测法、高速摄像法、射线衰减法、电磁方法、光学方法、差压波动方法，各种方法检测得到的流型最终均要与目测结果对比。

高速摄像法为通过高速摄像设备连续拍摄管道内的流动状态，通过图像处理技术判别管道内的流型，该方法可以分析流动的细节，但是高速摄像设备价格昂贵，且拍摄时对光线要求较高。

射线衰减法是利用射线穿透流体时，不同流体对射线的衰减程度不同的特点，判别射线方向上的液位高度，进而辨别管道中的流型，射线可以穿透各种流体，应用范围广，但需要使用放射源，在实际应用中有较多的限制，且价格较高。

电磁方法为在管道中安装电磁检测元件，通过检测电阻或电容确定气液在管道截面上的分布，进而判别流型，根据检测元件的形式，该方法分为插入式与非插入式两种，插入式为向管道中插入探针，通过检测探针电阻的变化检测管道中的持液率；非接触式为在管壁安装检测元件，在不同的持液率下检测到的电容不同，通过检测电容的变化得到界面上气液分布情况。

光电方法为在管道中安装光电检测元件，通过检测光强度的变化判别气相、液相的流动以及气液界面的波动情况，也分为插入式与非插入式两种。插入式为向管道中插入光纤探针，根据气相与液相对光线的折射率不同检测探针周围的气液分布；非接触式为在管道外部安装光源，在管道的另一侧安装检测元件，根据作用在检测元件上光强度的变化检测气液界面的波动情况。压力波动方法为通过检测管道中压力的波动情况判别流型。光电方法与差压波动方法检测的信号不能有效的区别各种流型，这两种方法应用很少，在室内试验环路中，目前应用最多的为电磁方法。电磁方法需要在气液两相测试通道中设置检测元件，安装复杂、检测元件的存在会影响气液两相流动的流型、速度。

实用新型内容

本实用新型提供一种用红外线检测气液两相流流型的装置，以解决现有的检测方法存在的问题，尤其解决电磁方法需要在气液两相测试通道中设置检测元件，导致电磁方法安装复杂、检测元件的存在会影响气液两相流动的流型、速度等问题。

为此，本实用新型提出一种用红外线检测气液两相流流型的装置，用于检测流动在测试管内气液两相流的流型，所述用红外线检测气液两相流流型的装置包括：

红外线发射装置，设置在测试管之外；

红外线接收装置，设置在测试管之外，与红外线发射装置信号连接，接收红外线发射装置发出的红外线信号；

将接收到的红外线信号转变为感应电压的检测电路，设置在测试管之外并与红外线接收装置连接。

进一步的，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：显示感应电压强度的显示装置，与检测电路连接。

进一步的，所述显示装置为电脑，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：数据采集板卡，连接在所述检测电路与所述显示装置之间。

进一步的，所述测试管的长度方向为水平方向，所述红外线发射装置为两个，分别为第一发射装置和第二发射装置，所述红外线接收装置为两个，分别为第一接收装置和第二接收装置，所述第一发射装置和所述第一接收装置分别位于所述测试管的两侧，所述第一发射装置和所述第一接收装置的连线位于水平方向并与所述测试管垂直相交，所述第二发射装置和所述第二接收装置分别位于所述测试管的两侧，并且所述第二发射装置和所述第二接收装置的连线位于竖直方向并与所述测试管垂直相交。

进一步的，所述红外线发射装置为所述红外线发射二极管。

进一步的，所述红外线接收装置为所述红外线接收二极管。

进一步的，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：电源，与检测电路连接。

进一步的，所述电源为直流电源。

进一步的，所述检测电路电连接所述红外线接收二极管。

进一步的，所述红外线发射装置为发出940nm红外线波长的装置。

本实用新型利用红外线法判别管道中流型的原理。红外线法判别管道中流型的原理为：红外线为不可见光，可以穿透透明管道与流体，且具有射线法与光电方法的双重特点，在气液中的吸收系数差别很大，同时受气液界面影响明显，可以反映气液界面的波动情况。气-液两相流在不同流型下流动时，气、液两相在管道截面上所占据的比例不同，由于气、液对红外线的衰减强度不同，且微小气泡对红外衰减作用较强，会导致实验过程中检测到的红外线强度不同。也就是说不同的流型有不同的红外信号。

本实用新型利用在测试管外安装对红外线发射与接收装置，接收红外信号并将检测到的红外线强度用感应电压表示，检测到的红外线强度越大，感应电压越大，强度越小，感应电压越小，没有检测到红外线时，则感应电压为0，因而完成气液两相流的流型的检测。检测设备可以安装在管道外部，对管道中的流动无影响。本实用新型检测到的红外线强度可以反映管道截面上气液分布情况，对流型的判别更加的客观。该方法的优势是设备简单、操作方便、判别结果准确进而，检测设备易得且廉价。

进而，检测设备中所用红外线为自动检测中常用的940nm波长，对人体无害。

另外，本实用新型利用电脑显示感应电压，能够更方便和形象的显示感应电压。进而，本实用新型利用数据采集板卡与电脑配合，更有利于收集感应电压的数据。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置的整体结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的红外线发射装置和所述红外线接收装置的结构；

图3为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置检测分散气泡流流型时的感应电压图；

图4为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置检测分层流流型时的感应电压图；

图5为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置检测波浪流流型时的感应电压图；

图6为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置检测冲击流流型时的感应电压图；

图7为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置检测环状流流型时的竖直方向感应电压图；

图8为根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置检测环状流流型时的水平方向感应电压图。

附图标号说明：

10、测试管 20、红外线发射装置 30、红外线接收装置 201、第一红外线发射装置 203、第一红外线接收装置 301、第二红外线发射装置303、第二红外线接收装置 60、检测电路 70、数据采集板卡 80、电脑90、电源

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

根据本实用新型实施例的用红外线检测气液两相流流型的装置，用于检测流动在测试管10内气液两相流的流型，测试管10为透明管，例如为有机玻璃管，以便红外线穿透。所述用红外线检测气液两相流流型的装置包括：红外线发射装置20、红外线接收装置30和检测电路60。

红外线发射装置20，设置在测试管10之外，用于发射红外线；进一步的，所述红外线发射装置为所述红外线发射二极管。这样成本低，体积小，便于安装在较小的空间内。

红外线接收装置30，设置在测试管10之外，与红外线发射装置20信号连接，接收红外线发射装置20发出的红外线信号；进一步的，所述红外线接收装置30为所述红外线接收二极管，红外线接收二极管将接收的红外线信号转化为电信号，例如转化为电流。这样成本低，体积小，便于安装在较小的空间内。

检测电路60，设置在测试管之外并与红外线接收装置30连接，将接收到的红外线信号转变为感应电压。检测电路电连接所述红外线接收二极管，可以将通过红外线接收二极管的电流转化为电压，从而使接收到的红外线信号转变为感应电压。检测到的红外线强度可以反映管道截面上气液分布情况，对流型的判别更加的客观。该方法的优势是设备简单、操作方便、判别结果准确。

进一步的，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：显示感应电压强度的显示装置，与检测电路连接。这样可以更形象的反映红外线信号，便于定性和定量分析。

进一步的，所述显示装置为电脑80，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：数据采集板卡70，连接在所述检测电路60与所述显示装置80之间。感应电压经放大以后输出到数据采集板卡70，最终在电脑(PC)80上显示与记录。这样可以进行实时分析和进行准确对比分析。

进一步的，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：电源90，与检测电路连接，为检测电路60提供电源，也可以为电脑或红外线发射装置20、红外线接收装置30供电。进一步的，所述电源60为直流电源。

进一步的，如图2所示，所述测试管的长度方向为水平方向，所述红外线发射装置20为两个，分别为第一发射装置201和第二发射装置203，所述红外线接收装置30为两个，分别为第一接收装置301和第二接收装置303，所述第一发射装置201和所述第一接收装置301分别位于所述测试管10的两侧，所述第一发射装置201和所述第一接收装置301的连线位于水平方向并与所述测试管10垂直相交，即所述第一发射装置201和所述第一接收装置301位于水平方向，用于发射和接收水平方向的红外线。

所述第二发射装置203和所述第二接收装置303分别位于所述测试管10的两侧，并且所述第二发射装置203和所述第二接收装置303的连线位于竖直方向并与所述测试管10垂直相交，即所述第二发射装置203和所述第二接收装置303位于竖直方向，用于发射和接收竖直方向的红外线。

通过在水平和竖直两个方向的检测，可以同时得到同一位置的不同维度的红外线浓度，通过分析这两个维度的电压图像就能够得知具体的流型，这样的设置和测试方式使得检测更为准确。

进一步的，所述红外线发射装置为发出940nm红外线波长的装置，对人体无害。

下面描述一下本实用新型的工作原理：

红外线法判别管道中流型的原理是气-液两相流在不同流型下流动时，气、液两相在管道截面上所占据的比例不同，由于气、液对红外线的衰减强度不同，且微小气泡对红外衰减作用较强，会导致实验过程中检测到的红外线强度不同。在管道的竖直径向与水平径向上安装两对红外线发射与检测装置，检测到的红外线强度用感应电压表示，检测到的红外线强度越大，感应电压越大，强度越小，感应电压越小，没有检测到红外线时，则感应电压为0。

当管道中的流型为分散气泡流时，液体充满管道，只在靠近管道顶部处有小气泡存在，其他位置无气泡存在，竖直径向(竖直方向)上红外线强度波动，水平径向(水平方向)上红外线强度保持稳定(见图3)。在流型为分层流时，气在管道上部、液在管道，气液界面光滑，竖直径向与水平径向上红外线强度保持稳定(见图4)。在流型为波浪流时，气在管道上部、液在管道下部，液面有波浪产生，且波浪频率较高，但高度较低，竖直径向上红外线强度波动剧烈，水平径向上红外线强度基本保持稳定，波动较小(见图5)。在冲击流型下，管道截面上交替出现气团与液塞，在竖直径向与水平径向上红外线强度会周期性的出现高低两个峰值(见图6)。在环状流下，管壁四周均有液膜存在，管道底部液膜为波浪流动，而在管道周围的管壁上，液膜处于不断的流动状态，竖直径向与水平径向上红外线强度波动剧烈，波动频率高(见图7和图8)。

本实用新型通过检测设备检测流型特征信号并采集，不仅可以实现流型的远距离检测，更可以根据信号特点制定判别准则，减少判别流型时主观因素的影响。本实用新型设备简单、操作方便、判别结果准确。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种用红外线检测气液两相流流型的装置，用于检测流动在测试管内气液两相流的流型，其特征在于，所述用红外线检测气液两相流流型的装置包括：

红外线发射装置，设置在测试管之外；

红外线接收装置，设置在测试管之外，与红外线发射装置信号连接；

2.如权利要求1所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：显示感应电压强度的显示装置，与检测电路连接。

3.如权利要求2所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述显示装置为电脑，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：数据采集板卡，连接在所述检测电路与所述显示装置之间。

4.如权利要求1所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述测试管的长度方向为水平方向，所述红外线发射装置为两个，分别为第一发射装置和第二发射装置，所述红外线接收装置为两个，分别为第一接收装置和第二接收装置，所述第一发射装置和所述第一接收装置分别位于所述测试管的两侧，所述第一发射装置和所述第一接收装置的连线位于水平方向并与所述测试管垂直相交，所述第二发射装置和所述第二接收装置分别位于所述测试管的两侧，并且所述第二发射装置和所述第二接收装置的连线位于竖直方向并与所述测试管垂直相交。

5.如权利要求1所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述红外线发射装置为所述红外线发射二极管。

6.如权利要求1所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述红外线接收装置为所述红外线接收二极管。

7.权利要求1所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述用红外线检测气液两相流流型的装置还包括：电源，与检测电路连接。

8.权利要求7所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述电源为直流电源。

9.权利要求6所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述检测电路电连接所述红外线接收二极管。

10.如权利要求1所述的用红外线检测气液两相流流型的装置，其特征在于，所述红外线发射装置为发出940nm红外线波长的装置。