淺談軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量

張永川　　雍清緒（永清中石油昆侖燃?xì)庥邢薰?，河北　　廊坊?65600）

淺談軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量

張永川雍清緒
（永清中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆颖崩确?65600）

摘要：多相流計(jì)量技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中涉及范圍廣泛，是關(guān)乎石油行業(yè)、制藥行業(yè)、化學(xué)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(shí)對(duì)其各成分進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量具有工藝簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)、連續(xù)、一次投資、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。對(duì)于簡(jiǎn)化流程、降低成本具有重要意義。而軟測(cè)量技術(shù)是通過(guò)測(cè)量容易測(cè)量的過(guò)程變量，然后根據(jù)測(cè)得的過(guò)程變量與無(wú)法直接測(cè)量的待測(cè)變量之間的各種復(fù)雜數(shù)學(xué)關(guān)系，利用數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)估算法的估計(jì)來(lái)保證對(duì)于待測(cè)變量的測(cè)量。其具有準(zhǔn)確性強(qiáng)、簡(jiǎn)單靈活、實(shí)用性強(qiáng)、計(jì)量成本低等方面的優(yōu)勢(shì)。軟測(cè)量技術(shù)為多相流這一非線性的復(fù)雜的難以計(jì)量的系統(tǒng)提供了一個(gè)準(zhǔn)確計(jì)量新思路，從而受到了社會(huì)及行業(yè)的廣泛關(guān)注。特別是近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)軟測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，是未來(lái)計(jì)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(jì)量；軟測(cè)量

一、　多相流

（一）多相流簡(jiǎn)介

多相流中的“相”，在物理學(xué)中是指一個(gè)宏觀物理系統(tǒng)所具有的一組狀態(tài)，在化學(xué)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(méi)有外力作用下，物理、化學(xué)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(dòng)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(duì)速度，流動(dòng)的同時(shí)各相之間是隨時(shí)變化的，導(dǎo)致了多相流的流動(dòng)特性、特征參數(shù)及計(jì)量要比單相流復(fù)雜。

（二）多相流存在的特點(diǎn)

多相流的流型復(fù)雜多變，相與相之間相互作用強(qiáng)，相界面之間存在界面擾動(dòng)。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(duì)流動(dòng)、影響流動(dòng)因素多、各相間存在傳熱和傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn)。因此，我們可以把多相流認(rèn)為是存在變動(dòng)分界面的多種獨(dú)立物質(zhì)系統(tǒng)組成的物體的流動(dòng)。

（三）難于計(jì)量多相流的原因

多相流計(jì)量難度很大主要有以下幾個(gè)原因：（1）多相流中含有多種不相溶混的相且個(gè)向組分之間是不均勻混合的，他們各自具有一組流動(dòng)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?jǐn)?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(dòng)性質(zhì)及流動(dòng)結(jié)構(gòu)變化大。（3）多相流中有多種流動(dòng)形式，流型的不同及各相間相對(duì)速度不同也會(huì)引起流動(dòng)狀況的很大改變。例如氣固流化床中氣流速度對(duì)流動(dòng)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(dòng)參數(shù)決定了流動(dòng)形態(tài)，不同的流型可用不同的方法來(lái)處理。

二、通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)手段和信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量

（一）通過(guò)軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量

軟測(cè)量是一種利用較容易在線測(cè)量的的過(guò)程變量（稱為輔助變量）和離線分析信息去估計(jì)不可測(cè)或難以直接測(cè)量的待測(cè)變量（稱為主導(dǎo)變量）的方法。軟測(cè)量一般情況下是在成熟的硬件傳感器基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐平臺(tái)，通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)模型運(yùn)算處理而完成的。因此，也可把實(shí)現(xiàn)軟測(cè)量功能的實(shí)體看成是一種軟儀表，它可利用多種易測(cè)變量傳感器信息和先驗(yàn)分析信息，通過(guò)軟測(cè)量模型計(jì)算處理得到所需檢測(cè)的難測(cè)或不可測(cè)參數(shù)的信息。通過(guò)軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流的計(jì)量主要包括以下四個(gè)步驟：（1）選取輔助變量：正確選取輔助變量是能夠準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔計(jì)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(jì)算的準(zhǔn)確性；（3）建立軟測(cè)量模型：基于多種模型的存在，正確選擇軟測(cè)量模型才能保證簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確的計(jì)量；（4）軟測(cè)量模型的在線校正。

（二）實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量的軟測(cè)量建模方法

目前，在多相流檢測(cè)領(lǐng)域存在多種軟測(cè)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(jī)理分析的軟測(cè)量建模；（2）基于回歸分析的軟測(cè)量建模；（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量建模；（4）基于模式識(shí)別的軟測(cè)量建模；（5）基于模糊數(shù)學(xué)的軟測(cè)量建模；（6）基于支持向量機(jī)（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(cè)量建模；（8）基于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的測(cè)量方法；（9）基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)量方法。

結(jié)語(yǔ)

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

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中圖分類號(hào)：TB937

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