多相流是一种复杂的流动现象,广泛存在于石油、化工、冶金、动力以及能源等工业领域,多相流的研究对于相关行业科技的进步具有十分重要的意义。作为科学研究中的重要基础设备,多相流实验装置的设计及应用始终对多相流研究的发展起到重要的作用,实验装置的建设和发展为多相流流动机理的发现及流动过程参数的获取提供研究平台和验证手段。相含率作为多相流过程的重要参数,它的准确测量是其它参数有效获取,进而实现生产过程优化和控制的重要基础。为了建立更加完善的多相流测试问题研究的平台和条件,根据多相流测试技术研究与实验过程的要求,设计了一套具有计算机自动检测功能的小型化油气水多相流实验装置,设计了一套基于FPGA技术的相含率超声测试系统,并在设计完成的多相流实验装置上进行了实验验证。主要研究工作包括:(1)针对常规的大型多相流实验装置造价昂贵、能耗高、使用不便等问题,设计了一套具有计算机自动检测功能的小型化多相流实验装置。完成了储液罐、动力源、计量仪表、实验管排等实验装置部件结构及功能的设计,并开发了上位机PC与数据采集卡驱动,实现了PC与采集板卡的通信,编写了数据采集系统交互界面,便于实验的监控。(2)针对脉冲回波法在相含率测量时存在的对相界面变化不敏感、测量精度差等问题通过采用数值仿真技术,对探头安装方式、安装数量和相分界面不同形状等因素,对超声脉冲回波信号的影响进行了分析,提出并设计并实现了一种改进的相含率估算方法,提高了相含率测量的准确性。(3)在改进的相含率测量方法基础上,设计了一套基于FPGA技术的相含率超声测试系统,主要完成:系统激励模块、开关切换模块、信号采集模块的设计。经过实验测试,该系统可以准确地获得相含率测试数据。(4)在相含率超声测试系统实现的基础上,利用所建设的小型化多相流实验装置,开展了相关的实验测试与验证工作。对建设完成的多相流实验装置性能及指标进行了测试和评估,并对设计实现的相含率超声测试系统进行了不同流动状态下的实验测试与验证。