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热式油水两相流含油率测量方法研究

张春晓  
【摘要】: 油水两相流广泛存在于石油、化工、动力等工业过程中,含油率是油水两相流中的一个重要流动参数,对油水流量的分相测量及控制具有重要的工程意义。由于油水两相流流动的复杂性,导致含油率的精确测量难度较大,本文基于热学法和现代信息处理技术,分别采用热电偶测得的油水温度波动信号和铂电阻测得的温场变化信号研究含油率的测量方法。本文主要内容及创新点如下: 1.提出了基于多小波变换的热式油水两相流的温度信号去噪方法。研究了多小波基、阈值方法对油水两相流温度信号去噪效果,并与小波去噪方法进行了比较,其中多小波相邻系数法较好的保留了温度信号细节特征,提高了含油率的测量范围。提出了基于多小波变换的热式油水两相流含油率的最小二乘支持向量机(LSSVM)模型,将温度信号的幅值波动最大值和标准差作为含油率的特征参数,得到了含油率的LSSVM模型,通过实验验证,该模型测量精度较高。 2.提出了基于Hilbert-huang变换(HHT)和LSSVM热式油水两相流含油率的测量方法。利用HHT将油水两相流的温度信号分解为固有模态和残差两部分,通过分析发现固有模态的Fourier变换能量最大值、残差的幅值波动最大值与含油率有较好的对应关系,因此将它们作为含油率的特征参数建立了基于HHT和LSSVM的含油率模型,较好的实现了含油率的测量。 3.为了提高含油率的LSSVM模型测量精度和泛化能力,提出了基于遗传优化算法(GA)和改进粒子群优化(PSO)算法的含油率的LSSVM模型,利用GA和PSO的全局搜索能力寻找最优的含油率的LSSVM模型参数组合,得到了最优的含油率模型。 4.利用铂电阻测得的油水两相流上游和下游温差信号基于流体热平衡方程建立了含油率的模型,分析了含油率误差产生的原因,改进了测量方法并用温差流量校准系数修正了含油率的模型,含油率在0~60%范围内,平均测量误差为4.56%。同时建立了含油率的LSSVM模型,并用GA和改进PSO算法优化了含油率的LSSVM模型,平均测量误差在1%以内,与传统的含油率模型进行比较,含油率的测量精度较高。


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