淺談軟測量技術實現多相流計量

張永川　　雍清緒（永清中石油昆侖燃氣有限公司，河北　　廊坊　065600）

淺談軟測量技術實現多相流計量

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：多相流計量技術在國民經濟中涉及范圍廣泛，是關乎石油行業、制藥行業、化學工業發展的關鍵技術。多相流技術能夠實現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、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。而軟測量技術是通過測量容易測量的過程變量，然后根據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雜數學關系，利用數學公式的推導、經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勢。軟測量技術為多相流這一非線性的復雜的難以計量的系統提供了一個準確計量新思路，從而受到了社會及行業的廣泛關注。特別是近年來，國內外對軟測量技術進行了大量的研究，是未來計量研究領域的主要方向，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：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所具有的一組狀態，在化學中是根據系統中物質存在的形態和分布不同，將系統分為相。相是指在沒有外力作用下，物理、化學性質完全相同、成分相同的均勻物質的聚集態。而多相流常見于各種形態的兩相流。（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，導致了多相流的流動特性、特征參數及計量要比單相流復雜。

（二）多相流存在的特點

多相流的流型復雜多變，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多、流型復雜多樣、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及化學反應等特點。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系統組成的物體的流動。

（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，描述多相流的參數要比單相流的參數多。（2）多相流中各相的體積百分數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，引起流動性質及流動結構變化大。（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構影響很大。（4）多相流中各相的物理性質及相與相之間界面的表面現象都是影響多相流的重要因素及各相的性質、含量及流動參數決定了流動形態，不同的流型可用不同的方法來處理。

二、通過現代技術手段和信號處理技術相結合的方法實現多相流計量

（一）通過軟測量技術實現多相流計量

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上，以計算機技術為支撐平臺，通過應用數學模型運算處理而完成的。因此，也可把實現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的信息。通過軟測量技術實現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數據：數據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）實現多相流計量的軟測量建模方法

目前，在多相流檢測領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）基于人工神經網絡的軟測量建模；（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）基于現代非線性信息處理技術的軟測量建模；（8）基于多傳感器數據融合技術的測量方法；（9）基于虛擬儀器技術的測量方法。

結語

軟測量計量技術為解決多相流計量這一技術難題提供了一條有效途徑，近年來得到了迅速發展，國內外很多機構也積極探索研究將軟測量技術完全應用于工業生產技術中，從而實現多相流計量的計量準確、穩定、適應性強、成本低。但是雖然經過多年的發展形成了一定的理論體系，也達到了一定的技術水平，但距離將軟測量技術應用到實際計量中，尚有很長的路。相信隨著科技的發展及多相流體力學的深入研究，將軟測量的理論技術應用到實際的諸多問題終將得以克服，使軟測量技術完全應用于多相流的計量領域。

參考文獻

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