丝网传感器的气液两相流可视化测量特性研究

张海，徐英，张涛，孙涔崴，魏传顺，戴志向

（1 天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072；2 天津市过程检测与控制重点实验室，天津 300072；3 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司，四川成都 610051）

引言

气液两相流广泛存在于化工生产、油气储运、热动制冷、航天航空等工业活动中，其固有的复杂性、随机性和不确定性极大地增加了对其测量和探究认知难度。在研究过程中逐步发展形成了探针[1-2]、丝网传感器、射线扫描[3-4]、高速摄影、粒子图像测速[5]、声学成像[6-7]和电学成像等测量技术。

丝网传感器（WMS）是一种侵入式多电极传感器，可测得流体介质的电导率或介电常数分布信息，进而重构出瞬态流体相分布[8]，具有极高的时间-空间分辨率，因图像重构算法简单、成像速度快、可测量参数多等优点而得到广泛应用。研究表明，WMS 能测量提取空隙率、相界面浓度以及气泡速度和尺寸等信息[9-11]，WMS 也能有效地测量捕捉到伪段塞流[12]和精细化的气液分界面[13]等复杂的流体结构。

此外，WMS 的测量准确性也是一个研究热点，有学者采用高速相机（HSC）探究了WMS 对流场的扰动影响[14-15]，一些学者则通过快速X-CT 与WMS测量结果对比分析[16-17]，评估了WMS 对气液相分布、气泡尺寸分布和空隙率等流体参数的测量准确性。而WMS 与电导探针的测量结果[18]显示，两者间的含气率、气泡速度和相界面浓度等参数具有较好的一致性。这类采用高分辨率的测量技术来对比验证WMS测量准确性的方法，其技术难度和使用成本均较高，且由于装置稳定性和人为操作等因素被测流体的流型复现性往往较差。……