張永川　　雍清緒（永清中石油昆侖燃氣有限公司，河北　　廊坊　065600）

淺談軟測量技術(shù)實現(xiàn)多相流計量

張永川雍清緒
（永清中石油昆侖燃氣有限公司，河北廊坊065600）

摘要：多相流計量技術(shù)在國民經(jīng)濟中涉及范圍廣泛，是關(guān)乎石油行業(yè)、制藥行業(yè)、化學工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。多相流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不用相分離而同時對其各成分進行測量，測量具有工藝簡單、實時、連續(xù)、一次投資、維護費用低等特點。對于簡化流程、降低成本具有重要意義。而軟測量技術(shù)是通過測量容易測量的過程變量，然后根據(jù)測得的過程變量與無法直接測量的待測變量之間的各種復(fù)雜數(shù)學關(guān)系，利用數(shù)學公式的推導(dǎo)、經(jīng)驗估算法的估計來保證對于待測變量的測量。其具有準確性強、簡單靈活、實用性強、計量成本低等方面的優(yōu)勢。軟測量技術(shù)為多相流這一非線性的復(fù)雜的難以計量的系統(tǒng)提供了一個準確計量新思路，從而受到了社會及行業(yè)的廣泛關(guān)注。特別是近年來，國內(nèi)外對軟測量技術(shù)進行了大量的研究，是未來計量研究領(lǐng)域的主要方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：多相流；計量；軟測量

一、　多相流

（一）多相流簡介

多相流中的“相”，在物理學中是指一個宏觀物理系統(tǒng)所具有的一組狀態(tài)，在化學中是根據(jù)系統(tǒng)中物質(zhì)存在的形態(tài)和分布不同，將系統(tǒng)分為相。相是指在沒有外力作用下，物理、化學性質(zhì)完全相同、成分相同的均勻物質(zhì)的聚集態(tài)。而多相流常見于各種形態(tài)的兩相流。（1）氣-固兩相流，如氣流輸送（噴吹）粉料，含塵埃的大氣流動等；（2）氣-液兩相流，如：泄水建筑中的摻氣水流等；（3）液-固兩相流，如天然河道中的含沙水流等。由于多相流中的各相間有相對速度，流動的同時各相之間是隨時變化的，導(dǎo)致了多相流的流動特性、特征參數(shù)及計量要比單相流復(fù)雜。

（二）多相流存在的特點

多相流的流型復(fù)雜多變，相與相之間相互作用強，相界面之間存在界面擾動。由此造成多相流存在參數(shù)多、流型復(fù)雜多樣、各相間存在相對流動、影響流動因素多、各相間存在傳熱和傳質(zhì)及化學反應(yīng)等特點。因此，我們可以把多相流認為是存在變動分界面的多種獨立物質(zhì)系統(tǒng)組成的物體的流動。

（三）難于計量多相流的原因

多相流計量難度很大主要有以下幾個原因：（1）多相流中含有多種不相溶混的相且個向組分之間是不均勻混合的，他們各自具有一組流動變量。即使兩相流，也可劃分為氣液、氣固、液液、液固四種，描述多相流的參數(shù)要比單相流的參數(shù)多。（2）多相流中各相的體積百分數(shù)以及分散相的顆粒大小變化范圍寬，各組分之間存在相互作用，引起流動性質(zhì)及流動結(jié)構(gòu)變化大。（3）多相流中有多種流動形式，流型的不同及各相間相對速度不同也會引起流動狀況的很大改變。例如氣固流化床中氣流速度對流動結(jié)構(gòu)影響很大。（4）多相流中各相的物理性質(zhì)及相與相之間界面的表面現(xiàn)象都是影響多相流的重要因素及各相的性質(zhì)、含量及流動參數(shù)決定了流動形態(tài)，不同的流型可用不同的方法來處理。

二、通過現(xiàn)代技術(shù)手段和信號處理技術(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)多相流計量

（一）通過軟測量技術(shù)實現(xiàn)多相流計量

軟測量是一種利用較容易在線測量的的過程變量（稱為輔助變量）和離線分析信息去估計不可測或難以直接測量的待測變量（稱為主導(dǎo)變量）的方法。軟測量一般情況下是在成熟的硬件傳感器基礎(chǔ)上，以計算機技術(shù)為支撐平臺，通過應(yīng)用數(shù)學模型運算處理而完成的。因此，也可把實現(xiàn)軟測量功能的實體看成是一種軟儀表，它可利用多種易測變量傳感器信息和先驗分析信息，通過軟測量模型計算處理得到所需檢測的難測或不可測參數(shù)的信息。通過軟測量技術(shù)實現(xiàn)多相流的計量主要包括以下四個步驟：（1）選取輔助變量：正確選取輔助變量是能夠準確、簡潔計算各相流量的基本；（2）處理輔助變量的相關(guān)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的處理直接決定了流量計算的準確性；（3）建立軟測量模型：基于多種模型的存在，正確選擇軟測量模型才能保證簡單、快捷、準確的計量；（4）軟測量模型的在線校正。

（二）實現(xiàn)多相流計量的軟測量建模方法

目前，在多相流檢測領(lǐng)域存在多種軟測量建模的方法，其常用的方法主要有以下幾種：（1）基于工藝機理分析的軟測量建模；（2）基于回歸分析的軟測量建模；（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量建模；（4）基于模式識別的軟測量建模；（5）基于模糊數(shù)學的軟測量建模；（6）基于支持向量機（SupportVector Machines，SvMs）的方法；（7）基于現(xiàn)代非線性信息處理技術(shù)的軟測量建模；（8）基于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的測量方法；（9）基于虛擬儀器技術(shù)的測量方法。

結(jié)語

軟測量計量技術(shù)為解決多相流計量這一技術(shù)難題提供了一條有效途徑，近年來得到了迅速發(fā)展，國內(nèi)外很多機構(gòu)也積極探索研究將軟測量技術(shù)完全應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中，從而實現(xiàn)多相流計量的計量準確、穩(wěn)定、適應(yīng)性強、成本低。但是雖然經(jīng)過多年的發(fā)展形成了一定的理論體系，也達到了一定的技術(shù)水平，但距離將軟測量技術(shù)應(yīng)用到實際計量中，尚有很長的路。相信隨著科技的發(fā)展及多相流體力學的深入研究，將軟測量的理論技術(shù)應(yīng)用到實際的諸多問題終將得以克服，使軟測量技術(shù)完全應(yīng)用于多相流的計量領(lǐng)域。

參考文獻

[1]徐濟鋆.沸騰傳熱和氣液兩相流[M].北京：原子能出版社，2001.

[2]林宗虎.變幻流動的科學一多相流體力學[M].北京：清華大學出版社，2000.

[3]孔瓏主.兩相流體力學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]紀綱.流量測量儀表應(yīng)用技巧[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[5]吳浩江，李斌.水平管內(nèi)油氣水三相流流型的實驗研究[J].油氣儲運，1999.

[6]胡志華，錢煥群.水平管內(nèi)油氣水三相流流型的研究[D].西安交通大學學報，2001.

中圖分類號：TB937

文獻標識碼：A