气液两相流广泛存在于石油、化工、冶金、动力、能源等各个工业生产领域,其参数的在线测量对国民经济和生产安全有十分重要的意义。流型、含气率和流量是气液两相流中十分重要的参数:流型不但影响着流体的流动特性,还影响着两相流中其它参数的准确测量;含气率可为混合物平均密度估计、流量和压力梯度测量、管内流动情况分析提供依据;流量是保证能量和物料平衡的前提条件,其测量的准确性影响着设备的安全运行。气液两相流的流动特性比较复杂,导致其参数的测量难度较大。根据前人的经验,气液两相流差压信号包含着丰富的流体流动信息,本文基于文丘里管差压信号,应用极点对称模态分解(Extreme-point Symmetric Mode Decomposition,ESMD)和模糊模式识别技术研究气液两相流流型辨识和含气率、流量测量的方法。本文的主要研究内容如下:(1)将ESMD引入到气液两相流差压信号的趋势项提取、去噪处理以及伪成分分析中,并与希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)的结果进行对比。ESMD方法改善了HHT存在的趋势项过于粗略及时-频分析上的缺陷,能够得到能最佳体现信号总体变化趋势的趋势项,并解决时-频分析中的模态混叠问题。因此,考虑到差压信号的噪声成分具有高频低能量的特点,根据ESMD分解得到的固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)的频率和能量特征进行去噪;采用相关系数法判断低频IMF分量是否为伪成分。实验结果表明,差压信号经ESMD分解后的IMF1符合高频低能量的特点,为噪声成分,应将其去掉;ESMD分解信号得到的伪成分与HHT相比数量较少,且伪成分的能量对信号总能量的影响也较小。(2)提取流型特征参数并采用模糊模式识别技术对流型进行辨识。由于不同流型的差压信号的时域特性差别较大,针对差压信号的统计特性进行分析,提取了相对方差、偏斜度和峭度作为流型特征参数。另外,将差压信号看作信号源,根据信息理论,进一步选取差压信号的香农熵作为特征参数。实验结果表明,这四种特征可以有效地区分不同的流型。(3)提取差压信号的波动系数并与体积含气率建立关联式。根据差压信号的ESMD分解结果提取差压信号的趋势项和波动成分,分析发现趋势项的大小主要受水流量的影响;在水流量一定时,波动成分受气流量的影响较大。在此基础上,提出了与体积含气率有关的波动系数。根据气液两相流加速压降理论,将波动系数与体积含气率建立关联,并分析流量、流体密度对二者的影响,通过消除这些因素的影响得到修正后的波动系数。最后根据流型的不同,分别在泡状流、塞状流和弹状流下,建立修正后波动系数与体积含气率的关联式。实验结果表明,该方法可以有效地估计体积含气率的值,均方根误差在4%以内。(4)分析均相流模型、James模型、分相流模型、Murdock模型和林宗虎模型的质量流量测量精度,并采取合适的模型进行修正,提出了质量流量测量新方法。实验结果表明,在泡状流下,应用James模型对流量的测量效果较好,均方根误差为16.5%;在塞状流和弹状流下,Murdock模型的效果较好,均方根误差分别为22.67%和12.09%。则对泡状流下的James模型以及塞状流和弹状流下的Murdock模型进行修正,修正后模型的均方根误差均小于5%。另外,根据体积含气率的估计值可以得到相应的干度值,并与总质量流量的估计值结合可以得到分相质量流量。实验结果表明,液相质量流量的误差受干度误差的影响较小,与总质量流量的测量结果类似,三种流型的均方根误差均小于5%;而气相质量流量受干度误差的影响较大,其均方根误差比总质量流量的均方根误差大,三种流型的均方根误差在5%-5.5%之间。