超声回波互相关气泡流速测量影响因素研究

来源：上海理工大学学报杂志2025年第5期北京时间：

作者：刘毅，杨杨，哈雯，杨斌

单位：上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093,上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093,上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093,上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093

摘要：针对超声回波法气液两相流气泡速度测量影响因素，以典型气弹流型为研究对象，采用具有一定时滞的脉冲随机信号作为上下游传感器的信号进行理论建模，开展时滞、噪声、脉冲信号等因素对随机信号互相关分析的影响分析。结果表明：随机信号互相关系数随时滞增加而降低；叠加白噪声后，随机信号互相关系数随信噪比提高而增强，且趋势会逐渐变缓；叠加脉冲信号后，随机信号互相关系数随脉冲信号的个数、高度和宽度增加而增强，并且脉冲信号高度对互相关系数的影响强于宽度的影响。在此基础上，搭建了气液两相流实验平台，开展探测器间距、气量、数据分析长度和超声换能器增益对超声回波信号互相关分析影响的实验研究。结果表明：随着探测器间距增大，气泡速度的误差越来越大，且相关系数也在逐步减小；随着气量的增大，气泡速度的误差在3 L/min的位置存在最小值，而相关系数会随之增大；随着数据分析长度的增大，其速度误差在气泡数量大于4后可以保持在10%以内，而相关系数整体是一个上升的趋势；随着超声换能器增益的增加，其互相关系数基本均处于强相关状态，但所计算的误差仅在超声器增益在28 dB～32 dB时保持在10%以内。这为超声回波互相关气泡流速测量方法、系统设计、优化及工业应用提供重要参考。

关键词：气液两相流;超声回波法;气泡流速测量;互相关测速;随机信号

基金资助：国家自然科学基金资助项目(52306215)