流體過程參數(shù)的在線檢測是實現(xiàn)過程工業(yè)監(jiān)控的關(guān)鍵之一，也是實現(xiàn)過程工業(yè)數(shù)字化、智能化的基礎(chǔ)。以多相流為代表的復(fù)雜流動過程是石油、化工、核能、冶金等過程工業(yè)中常見的生產(chǎn)加工對象，具有流場參數(shù)多且分布復(fù)雜、流體間動態(tài)耦合性強(qiáng)、流動狀態(tài)時變等特點，因此多相流過程參數(shù)的在線檢測對過程的建模、優(yōu)化與控制具有十分重要的價值。目前，對多相流流動特性尚未完全掌握，這導(dǎo)致工程設(shè)計經(jīng)驗性強(qiáng)、過程安全隱患監(jiān)測能力弱等問題，其瓶頸是多相流組分、流量與流態(tài)等參數(shù)的準(zhǔn)確在線檢測技術(shù)尚未完全掌握。

▲ 垂直管道氣液兩相流典型流型示意圖（上圖）；

垂直管道油水兩相流流型示意圖（下圖）

無擾動在線檢測技術(shù)是工業(yè)多相流測量的迫切需求，采用電、磁、聲、光等原理的檢測技術(shù)正在快速發(fā)展。其中，超聲檢測技術(shù)具有不干擾流動過程、安全性高、測量信息豐富等優(yōu)勢。但受到多相流結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流速與相含率耦合且流動狀態(tài)時變等挑戰(zhàn)，目前尚缺乏針對多相流特點的超聲檢測理論與方法體系。隨著過程工業(yè)對控制精度要求逐漸提高，對復(fù)雜流體過程參數(shù)的準(zhǔn)確獲取和建模、流動過程狀態(tài)的監(jiān)測與預(yù)測的要求也日趨增長，因此對復(fù)雜流體過程智能儀器儀表的研發(fā)具有重大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。

▲ 超聲衰減測量法檢測兩相流相含率原理圖

天津大學(xué)譚超教授所在課題組從20世紀(jì)80年代開始致力于多相流測試方法的研究，先后在國家自然科學(xué)基金、863 計劃等多項國家和省部級科研項目以及企事業(yè)合作科研項目的支持下，對多相流超聲檢測與成像方法進(jìn)行了深入研究，研制多套基于多種敏感原理的測試系統(tǒng)樣機(jī)和面向工業(yè)應(yīng)用的檢測系統(tǒng)。在多傳感器信息融合、新型流動參數(shù)檢測、多相流分布參數(shù)反演及其在多相流測試應(yīng)用方面開展了大量研究工作，在基于超聲多敏感效應(yīng)信息融合的兩相流流場檢測方法研究方面積累了一定的經(jīng)驗與成果。

▲ 基于圖像融合的超聲透射/反射融合層析成像示意圖

▲ 超聲透射/反射融合層析成像圖像重建結(jié)果

《 》是作者及其團(tuán)隊在該領(lǐng)域成果的匯總，圍繞基于超聲技術(shù)的多相流過程參數(shù)檢測方法，總結(jié)在復(fù)雜流體中超聲透射、反射與多普勒等傳播效應(yīng)的研究成果，以及多相流相含率、流速、流型等檢測與成像方法研究中取得的階段性成果，從理論建模、數(shù)值仿真、系統(tǒng)研制、實驗驗證等多個維度對多相流超聲檢測技術(shù)進(jìn)行闡述。

多相流超聲檢測技術(shù)

譚 超 史雪薇 鮑 勇 董 峰 著

北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 6

(信息科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作叢書)

ISBN 978-7-03-081976-5

具體章節(jié)內(nèi)容如下：

• 第1 章 緒論。

• 第2 章為超聲傳播基本模型，主要介紹超聲在液體中的基本傳播規(guī)律，總結(jié)與多相流檢測相關(guān)的超聲傳播機(jī)理與模型，用于構(gòu)建多相流測量模型。

• 第3 章為超聲衰減測量法，主要介紹超聲在多相流中傳播時產(chǎn)生的衰減效應(yīng)及其與相含率之間的基本關(guān)系，進(jìn)而介紹相含率測量模型的建立。

• 第4 章為超聲反射測量法，主要介紹利用超聲在多相介質(zhì)界面處的反射效應(yīng)進(jìn)行相含率測量的基本方法。

• 第5 章為連續(xù)波超聲多普勒測量法，主要介紹連續(xù)波超聲多普勒技術(shù)的流速測量基本原理、測量特性，以及信號處理方法，介紹利用連續(xù)波超聲多普勒效應(yīng)實現(xiàn)不同多相流流速測量的基本方法。

• 第6 章為脈沖波超聲多普勒測量法，主要介紹利用脈沖式超聲在不同深度位置處的多普勒效應(yīng)，實現(xiàn)多相流流速剖面、總流量以及流型的測量方法。

• 第7 章為超聲過程層析成像，主要介紹超聲過程層析成像基本的物理與數(shù)學(xué)原理及其相關(guān)的正問題與逆問題。

• 第8 章為多相流超聲測試系統(tǒng)設(shè)計，主要介紹超聲透射、反射、多普勒以及層析成像測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)方案。

目前，多相流超聲檢測技術(shù)還在快速發(fā)展，本書僅匯集了部分已通過實驗驗證的理論模型與方法，希望能拋磚引玉，推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

本文摘編自《 多相流超聲檢測技術(shù)》（譚超等著. 北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 6）一書“前言”“ 第1 章 緒 論”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

(信息科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作叢書)

ISBN 978-7-03-081976-5

責(zé)任編輯：孫伯元 郭 媛

本書從工業(yè)中常見的復(fù)雜多相流流動過程參數(shù)的在線檢測需求出發(fā)，針對氣液兩相流、油水兩相流與油氣水三相流的相含率、流速、粒徑、流型以及流體分布等參數(shù)，詳細(xì)介紹基于超聲多種傳播特性的多相流測量方法，內(nèi)容涵蓋超聲在流體中傳播的基本模型、超聲衰減測量法、超聲反射測量法、超聲多普勒測量法、超聲過程層析成像，以及超聲測試系統(tǒng)設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容。

本書可供多相流與檢測技術(shù)相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生使用，也可供相關(guān)領(lǐng)域科研人員和工程技術(shù)人員參考。

（本文編輯：劉四旦）

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