多相流动现象广泛存在于科学研究、工业生产、环保、医药领域以及日常生活的各个方面。不同于单相流体，多相流具有时空非均匀性分布的相间界面、响应非线性、相间相对速度、相间滑脱等流动特征，对其参数的准确测量仍然是检测领域的挑战性课题。随着科学进步和工业发展的需要，准确获取多相流流动参数，进而实现复杂工业过程的有效控制，对保障多相流生产过程的安全、稳定运行十分重要。
　　多相流各相含率是表征多相流特性的重要指标之一。为实现相含率的准确测量，从超声波在油气水多相流典型流型中的传播机理出发，研究超声波在多相介质中的透射以及复散射现象，提出了基于超声衰减和渡越时间机理的油气水多相流相含率预测模型，建立了相应的超声技术测试方法与系统，实现油气水多相流相含率的准确测量，改善了超声测量响应非线性并且拓宽了测量方法的应用范围。论文的主要研究包括：
　　（1）在多相流现象、流动参数及主要测试方法国内外已有研究工作总结的基础上，对超声测量技术在多相流流动参数测量中面临的主要问题进行分析。针对超声波方法在实现油气水多相流相含率测量时，响应非线性及测量范围受限的问题，提出从研究超声波在不同状态油气水多相流中的衰减特性和传播机理出发，通过建立相含率机理预测模型的方法，以实现油气水多相流相含率测量的研究方案和思路。
　　（2）针对超声传感器应用于油水两相流相含率测量问题，采用数值仿真技术，在分析油水两相流超声波敏感场分布特性的基础上，对超声换能器的发射频率和功率范围进行综合分析和选择，确定研究中所用换能器的最佳频率特性及结构尺寸，以此为依据进行换能器加工和安装工作，并且在此基础上开展进一步的研究。
　　（3）针对油水两相流中相分布及典型流型中相含率变化对超声波衰减的影响问题，利用有限元数值仿真软件，通过对油水两相流中的水包油核心流、油水分层流和离散相均匀分布的油水分散流等，不同油相含率条件下的超声波衰减特性进行数值模拟，分析超声衰减随两相流相含率变化的规律。并结合多相流装置实验测试结果，对非乳化油水两相流中超声的透射规律进行分析。研究表明超声衰减同时受油水两相流相含率、相位置分布、流型流速等因素的影响，且之间存在一定的规律。
　　（4）以液滴形式分散分布的油水两相流为研究对象，通过对超声波与多相流体相互作用，以及超声波在多相流中的衰减机制和传播机理的分析，建立包含引起超声衰减的散射、吸收和扩散等三种传播衰减特性的机理模型，解决超声衰减系数与相含率之间的非线性关系问题。
　　（5）基于超声衰减机理模型，结合油气水多相流超声测试实验数据，分别建立油水两相分层流和分散流相含率预测模型；将两种流动状态下的预测模型进行联合，确定模型的修正参数。并在多相流实验装置上开展流体实验测试，实验结果及误差分析表明所建立的相含率预测模型，基本满足实际测试的要求，扩大了相含率测量的范围。
　　（6）针对油气水三相流相含率测量问题，从水平流动过程中，气、液两相的实际分布出发，利用超声在气液界面反射的超声渡越时间计算液面高度；根据超声衰减预测反射路径中的油相含率；建立了三相相含率计算方法和预测模型，实现基于透射衰减和渡越时间的油气水三相流相含率的测量。油气水分层流、塞状流与弹状流仿真实验结果，验证了超声衰减机理预测模型在三相流条件下的适用性，所采用的方法与建立的模型可准确获得气液分界面的高度和气塞位置，以此计算油气水三相流中油、气、水相含率。