利用宽带激励振动技术对水平管道中的两相流进行非侵入式识别与特征分析

《Scientific Reports》：Non-intrusive identification and characterization of two-phase flow in horizontal pipes using broadband induced vibration

　　

摘要

在水平管道中，气液两相流由于流动结构与管道之间的相互作用，会对管壁产生复杂的动态载荷。这些相互作用通常会产生宽频带的振动信号，但其物理起源至今尚未得到充分理解。本研究通过实验探讨了水平管道中两相流引起的振动现象，分析了特征流动结构与管道振动响应之间的关系，实现了声波、弹性波和压力波之间的耦合分析。实验数据来自配备加速度计、压电压力传感器、空隙率传感器以及高速摄像机的试验段，这些设备在不同空气/水流条件下进行同步测量。信号处理技术用于分析管道内诱导振动的主要特征（涵盖了较宽的频率范围）。随后，研究了管道的激励机制，包括流动结构和气泡大小分布的影响，并证明了这些因素可以通过管道外部的振动测量数据来识别。这些发现为多相管道中宽频带流动诱发振动的物理机制提供了新的见解。所提出的识别和表征方法展示了其在基于振动监测方面的应用潜力：该方法具有非侵入性、低成本的特点，极具工业应用价值，能够实现更可靠的工业两相流系统监测与控制。