随着国民经济发展,我国油气资源的勘探和开发逐渐向海上拓展,并且已经从浅海扩大到深海。深水油气开发中,海底多相流量计作为水下生产系统中重要装备之一,对其测量精度的要求日益严格。井口采出液通常为气液混合物,与单相流相比,两相流动具有强烈的波动性和随机性,工作在两相流中的计量仪表常处于极不稳定状态,导致两相流量的准确计量变得十分困难。本文采用数值模拟与实验研究相结合的方法,探究了气液两相流经过旋流叶片后螺旋流的诱发与演化规律,提出的气液两相流量计量新方法对于创新多相计量理论、自主研发新一代多相计量装置具有重要意义。主要完成的研究工作如下:建立管内气液螺旋流三维模型,对旋流叶片的螺距和中心轴直径进行优选,确定了分离效率高、压降损失小的旋流叶片用于实验研究,同时确定了螺旋流的理想测量位置在叶片下游32～50mm。建立超声波测量环状流液膜厚度的二维模型,研究了超声波在管内的传播过程,通过分析回波曲线证明了超声非介入式方法测量液膜分布的可行性和准确性。开展超声多普勒回波标定实验进一步验证模拟结果。以空气和水作为实验介质,在气液两相流环道上开展了管内气液两相螺旋流测量实验。实验的液相折算速度范围为0.036m/s～0.346m/s,气相折算速度范围为2.94m/s～23.25m/s,实验流型覆盖分层流、波浪流、段塞流以及环状流。实验分为有旋流与无旋流两部分。测试段分别布置有旋流叶片、超声多普勒测速仪、丝网传感器和数据采集系统。实验使用两个超声探头,分别布置在叶片下游32mm和40mm处,用来同时测量环状流液膜速度和液膜厚度,对液膜速度曲线进行环面积分从而获得液相流量。实验同时使用丝网传感器测量系统获得相同工况、同一位置下的气液相分布信息,将软件后处理得到的测量结果与超声多普勒测量结果进行比较。分别建立环状流气相、液相连续性方程和动量守恒方程,通过简化模型推导出液膜流速、液膜厚度与气芯速度之间的关系式用来反演气芯速度,再通过速度面积公式计算出气相流量。实验结果表明,波浪流、段塞流经过旋流叶片后可诱发生成环状流,当入口流型为半环状流或不均匀环状流时,环状流液膜分布最为均匀,且维持时间也最长。实验的液相流量计量误差基本小于10%,而气相流量反演误差较大,在20%以内。