小通道气液两相流广泛存在于能源、石油和化工等领域,针对该流动过程的参数检测研究不仅可以为工业生产的安全、高效运行提供支持和保障,还可以为科学研究和理论建模提供有效的数据来源。然而,由于小通道流动过程本身的复杂特性,现有的气液两相流参数检测方法仍然有待完善。本文基于光学检测技术与几何光学原理,对小通道泡状流和段塞流的相分布测量方法进行了研究。本文的主要工作内容和创新点如下:1.设计并搭建了一套适用于小通道气液两相流的光学检测系统。该系统采用两束片状激光分别从水平、竖直方向垂直照射被测管道,同时,采用两片高速CMOS传感器测量经气液两相流折射后产生的光强分布,通过光强分布信息实现小通道气液两相流的相分布测量。2.提出了 一种适用于小通道泡状流和段塞流的相分布测量新方法。首先,采用中心位置及半轴长度可变的椭圆近似描述泡状流和段塞流的截面相分布(记相分布参数为(x,y,a,b)),并基于几何光学原理计算片状激光束经过气液两相流后产生的光强分布。然后,提取光强分布特征量并分析其与相分布参数(x,y,a,b)之间的关系,在此基础上,建立小通道泡状流和段塞流的相分布测量模型。最后,利用最小二乘方法对所建立的相分布测量模型进行辨识。3.基于所建立的相分布测量模型,实现了小通道气液两相流的气泡及段塞轮廓重建。根据多组光强分布测量结果,可以获得不同采样时刻的气液相分布情况,由此可以进一步实现气泡或段塞轮廓的重建。实验结果表明,本文研究的方法是有效的,利用光强分布数据可以重建气泡、段塞的轮廓。4.基于所建立的相分布测量模型,提出了一种适用于小通道段塞流的液膜厚度估计方法。根据多组光强分布测量数据,可以获得不同采样时刻的气液相分布情况并进一步计算出液膜厚度估计值。实验结果表明,本文提出的液膜厚度估计方法是可行的,采用该方法获得的液膜厚度估计结果与现有经验公式相比具有较好的一致性。