多相流是一种常见的流动现象,在自然界和工业生产过程中广泛存在。多相流问题对各类过程的安全、稳定产生重要的影响,对其流动机理的深入理解与掌握,依赖于对流动过程状态的合理描述和关键参数的准确检测。多相流介质组成与流动形态复杂且待测参数多,使得流动过程参数的检测十分困难。传统的单模态过程参数检测方法,很难实现对多相流流动过程参数的准确检测。多模态检测方法与技术的出现,为多相流过程参数的全面、专准确获取提供了新的思路。为探索新型多相流过程参数检测技术,在流动介质特性与流动状态分析的基础上,从油气水多相流的超声和电学检测机理出发,采用实验测试与机理分析结合的方法,对基于超声/电学双模态传感器的水平油气水多相流总表观流速和分相流速的检测方法开展深入的研究。论文主要工作如下:(1)在对国内外油气水多相流过程参数检测技术总结、分析的基础上,针对油气水多相流总表观流速和分相流速的检测问题,提出采用超声与电学结合的双模态检测方法。利用连续波超声多普勒效应获取测试空间内离散相的真实流速,利用电导电容方法获取相含率信息,将流速信息与相含率信息相结合,通过分析流动特性与流体结构,建立双模态测量模型,实现多相流总表观流速和分相流速的检测。(2)根据研究工作问题、内容及实验的需求,设计完成一套超声电学双模态多相流流动信息检测系统,并在油气水实验装置上开展水平油水、气水两相流和油气水三相流典型流动状态的实验测试,获得流动状态下的测试数据,为开展超声电学双模态水平油气水多相流流速检测问题的研究提供实验数据。(3)在水平油水、气水两相流实验测试数据处理、分析的基础上,针对两相流流速测量模型中所需要的含水率信息,提出电导与电容相结合的方式,通过建立测量模型,实现两相流含水率的估计。对油水两相流检测时,当连续相为水、采用电导模态,连续相为油、采用电容模态,实现含水率的全范围检测;对气水两相流检测时,主要针对连续相为水的流动状态,采用电导模态获取含水率。实验测试结果表明:研究所提出的检测方法和建立的含水率测量模型,能够实现含水率范围0-100%的水平油水两相流和水为连续相的气水两相流的准确检测。(4)针对水平油水两相流流速的检测问题,提出异侧连续波超声多普勒测速与电导电容模态相含率检测结合,实现总表观流速和分相流速的检测方法。通过对油水两相流流动结构的分析,构建以管道内流速的幂律分布为基础的油、水相间非滑动和滑动测量模型,并针对不同的连续相,建立测试空间内离散相真实流速与总表观流速间的理论关系。实验测试及误差分析结果表明:采用研究所提出的检测方法,所获得的水平油水两相流总表观流速的相对测量误差小于3%。(5)针对水平气水两相流的流速检测问题,提出同侧连续波超声多普勒测速与电导模态相含率检测结合,实现泡状流、塞状流和弹状流的分相流速和总表观流速的检测方法。通过考虑连续相与离散相间滑动的影响,以双流体模型为基础,利用同侧连续波多普勒方法获得的离散气相真实流动速度,并结合电导模态检测的相含率信息,计算连续水相的真实流动速度;针对弹状流流动结构的特点,利用弹状流封闭模型,建立弹状流总表观流速的计算关系式。实验测试及误差分析结果表明:采用研究所提出的检测方法和建立的测量模型,获得的水平气水两相流总表观流速的相对测量误差小于4%。(6)针对水平油气水三相流的流速检测问题,提出采用同侧连续波超声多普勒测速实现水基或油基分散塞状流流速检测方法。其中,利用同侧连续波多普勒方法获取三相流离散相的平均真实流速;在双流体模型的基础上,通过对三相流中离散相和连续相的受力分析与动量平衡分析,建立三相流流动模型;并在多普勒流速与各离散相真实流速关系分析的基础上,建立油气水三相流流速测量模型。实验测试结果表明:采用研究所提出的检测方法和建立的测量模型,获得的水平油气水三相流的总表观流速的相对测量误差小于4%。