脉冲式超声多普勒技术是一种应用超声多普勒原理进行速度测量的方法,具有非侵入、无辐射、成本低等优点。油水两相流流动广泛存在于石油化工行业,对流速分布的获取对于研究其流动结构和流速的精确测量有十分重要的意义。为了获取不同流动条件下水平油水两相流流速分布并建立流速剖面模型,设计了一套基于工业总线标准的脉冲波超声多普勒测量系统,并进行了多种流动条件下的水平油水两相流实流测试,利用实测数据对水平管油水两相流流速剖面进行了分析与建模。课题主要的研究工作包括:(1)脉冲波超声多普勒两相流流速测量系统方案设计。根据脉冲波多普勒测量原理以及超声波在油水两相流中的传播特性,确定脉冲波的激励电压、频率以及脉冲重复频率,并根据脉冲波的特性确定超声探头的结构。根据多普勒原理,设计解调模块用于从超声回波信号中提取多普勒信息。(2)脉冲波超声多普勒测量系统开发。由于油水两相界面间反射率很低,需要更高且稳定的1MHz激励信号保证接收信号信噪比,采用外置高压恒压源与互补MOSFET构成系统的高压脉冲激励模块。利用FPGA实现乘法器与FIR低通滤波器构成数字式乘法解调,作为系统的信号处理模块,用于提取多普勒频移信息。为满足奈奎斯特采样定理以及高速传输的要求,系统的数据传输模块基于CPCI工业总线标准设计,数据传输速率为10MHz。(3)水平油水两相流流速廓形实验。设计并开展了水平油水两相流实验,获得了全含率范围内的两相流流速分布。以水包油流型下入口处流量为参考,验证系统测量精度,其相对误差小于15%。(4)油水两相流流速剖面建模。通过实测两相流流速分布与单相流流速分布的对比,说明了两相流流速分布与单相流之间的区别。使用无量纲方法,分别构建了水连续和油连续条件下的两相流流速剖面数学模型。