1引(yin)言
　　對氣(qi)液兩相(xiang)流量測(ce)量方法(fa)的研究(jiu),一直是(shi)國.内許(xu)多學✊者(zhe)的工作(zuo)重點。由(you)于氣液(ye)兩相流(liu)量計 量(liang)不同于(yu)單向流(liu),因此對(dui)其流量(liang)的測量(liang)又分爲(wei)單參數(shu)測量和(he)👨‍❤️‍👨雙參數(shu)測量。其(qi)中比較(jiao)典型的(de)單參數(shu)測量方(fang)法有Lin模(mo)型、三通(tong)模型、Yue模(mo)型等，然(ran)而大多(duo)數情㊙️況(kuang),對氣液(ye)兩相流(liu)量計量(liang)需要雙(shuang)參數計(ji)量,如凝(ning)析天然(ran)氣在輸(shu)送過程(cheng)中的計(ji)量🎯問題(ti),從而雙(shuang)參數計(ji)🔞量對工(gong)業生産(chan)具有更(geng)重要的(de)意義。
　　氣(qi)液兩相(xiang)流量的(de)雙參數(shu)測量方(fang)法較多(duo),按其測(ce)量方法(fa)大緻可(ke)分爲分(fen)流分相(xiang)法、單相(xiang)流量計(ji)組合法(fa)、軟測📱量(liang)方法、利(li)用差壓(ya)脈👄動特(te)性測量(liang)法。其中(zhong)利用差(cha)壓脈動(dong)特性🈲測(ce)量法🍓,是(shi)由單一(yi)孔闆節(jie)流件,完(wan)成💃的雙(shuang)參數🥰測(ce)量,這在(zai)國内衆(zhong)多雙參(can)數測✉️量(liang)方法中(zhong)是比較(jiao)有特色(se)的。但由(you)于🎯标準(zhun)孔闆的(de)節流損(sun)失較大(da),而且孔(kong)闆銳邊(bian)易磨損(sun)和堵塞(sai)等缺點(dian),限制這(zhe)一方法(fa)在某些(xie)領域的(de)應用。基(ji)于以上(shang)原因,本(ben)文對标(biao)準孔闆(pan)進行了(le)改進,并(bing)結合此(ci)測量方(fang)🔞法,實現(xian)了汽🌈液(ye)兩相流(liu)量雙參(can)數測量(liang)。
2流量測(ce)量理論(lun)模型
2.1測(ce)量模型(xing)1
　　氣液兩(liang)相流量(liang)雙參數(shu)測量模(mo)型爲:
 
式(shi)中x一幹(gan)度
A一孔(kong)闆流通(tong)面積,m2
W一(yi)質量流(liu)量,kg/h.
g、l一氣(qi)相、液相(xiang)
ρ一密度(du),kg/m³
C一流出(chu)系數
√△p一(yi)孔闆兩(liang)側的壓(ya)差方根(gen)
θ一孔闆(pan)的相分(fen)離系數(shu),是ps/pt和孔(kong)徑比β的(de)函數;由(you)試驗确(que)🧡定
√△p0一壓(ya)差方根(gen)噪聲幅(fu)值
2.2測量(liang)模型2
　　根(gen)據文獻(xian)01],申國強(qiang)在總結(jie)各種流(liu)型下的(de)
　　孔闆壓(ya)差數據(ju)得出:
 
　　同(tong)樣運用(yong)單一-節(jie)流件,完(wan)成了氣(qi)液兩相(xiang)流量的(de)雙參數(shu)測㊙️量。
2.3.2種(zhong)測量模(mo)型對比(bi)分析
　　對(dui)比兩種(zhong)測量方(fang)法可以(yi)看出,雖(sui)然它們(men)表達式(shi)不㊙️同,但(dan)都是通(tong)過壓差(cha)脈動特(te)性得出(chu)的測量(liang)模型,測(ce)量機😍理(li)是✔️相似(si)的。結合(he)式（2）和式(shi)（11）整理得(de):
 
　　因爲式(shi)（3）和（10）有着(zhe)非常相(xiang)似的數(shu)學表達(da)式,根據(ju)數理統(tong)計知識(shi)可知它(ta)們是有(you)聯系的(de),圖3可知(zhi),這兩張(zhang)圖的中(zhong)的R和x及(ji)B和x的對(dui)應關系(xi)基本一(yi)緻,所以(yi)由B代替(ti)R時,認爲(wei)它會影(ying)響θ的取(qu)值但不(bu)會對其(qi)變化趨(qu)勢帶來(lai)過大的(de)波動。鑒(jian)于本文(wen)是研究(jiu)θ值的影(ying)響因素(su),這裏假(jia)設R=B。如果(guo)按照文(wen)獻（10）的方(fang)法,那麽(me)在此試(shi)驗數據(ju)的範圍(wei)内參數(shu)θ應爲一(yi)定值。通(tong)過式（1）計(ji)算得到(dao)的θ值,以(yi)及用此(ci)測量值(zhi)計算的(de)幹度值(zhi)和相對(dui)誤差如(ru)表2所示(shi)。
 
　　觀察表(biao)2可以看(kan)出θ的測(ce)量值并(bing)不是一(yi)-定值,而(er)且應用(yong)θ的平均(jun)值代入(ru)式（1）得出(chu)的幹度(du)測量相(xiang)對誤差(cha)很🚶大,根(gen)本滿足(zu)不了工(gong)業生産(chan)的要求(qiu)。但是在(zai)表2中發(fa)現在幹(gan)度大于(yu)0.6時，θ的取(qu)值和幹(gan)度小于(yu)0.6時的取(qu)值相差(cha)很多,但(dan)在各自(zi)的😍區間(jian)上θ的變(bian)化并不(bu)㊙️劇烈。通(tong)過對比(bi)文獻01]中(zhong)的圖4和(he)文獻{14}中(zhong)的圖3可(ke)知🔅，在幹(gan)度介于(yu)👌0.6兩側時(shi)R和x及B和(he)x的函數(shu)關系明(ming)🛀顯不同(tong)。于是,從(cong)新以幹(gan)度0.6爲分(fen)界線分(fen)别求θ的(de)💃平均值(zhi),然後根(gen)據式（1）求(qiu)得幹度(du)相對測(ce)量誤差(cha)≤±6.2%。經過以(yi)上分析(xi)可以得(de)出,文獻(xian)[7]的測量(liang)方法是(shi)正确的(de)而且在(zai)幹度變(bian)化不大(da)的情🈲況(kuang)下，θ的取(qu)值基本(ben)不受幹(gan)度的影(ying)響。在文(wen)獻10]中同(tong)時給出(chu)了√△Po和σ(√△P)在(zai)本質.上(shang)無區别(bie)的結論(lun)，因此測(ce)量方法(fa)🏃🏻不僅🎯适(shi)用于孔(kong)闆,對其(qi)它節流(liu)件仍然(ran)适用。根(gen)據兩種(zhong)測量方(fang)🔅法的機(ji)理知，文(wen)獻8]的測(ce)量模型(xing)應用于(yu)其他節(jie)流件也(ye)是⭕适用(yong)的。而且(qie)由式（10）和(he)文獻11]中(zhong)的圖4可(ke)👉以看出(chu),這種計(ji)量方🔞法(fa)相對簡(jian)🤟單,在幹(gan)⁉️度小于(yu)0.2時B和x基(ji)本是線(xian)性關系(xi)。這對于(yu)氣液兩(liang)相流量(liang)測量儀(yi)表的實(shi)現是非(fei)常有利(li)的。所以(yi)運用此(ci)方法,并(bing)且更換(huan)🔴節流件(jian),完成單(dan)一節流(liu)件的氣(qi)液兩相(xiang)💞流量雙(shuang)參數測(ce)量是可(ke)行的。
3錐(zhui)形孔闆(pan)的設計(ji)
　　對于 差(cha)壓式流(liu)量計 來(lai)說,不同(tong)節流件(jian)的選取(qu),直接影(ying)響其性(xing)能的好(hao)壞🏃🏻‍♂️。作爲(wei)常🔆用節(jie)流件的(de)标準孔(kong)闆,由于(yu)其易于(yu)安裝,生(sheng)産成本(ben)較低等(deng)優點,導(dao)緻目前(qian)國内大(da)約70%的差(cha)壓式流(liu)量計是(shi)以它作(zuo)爲節流(liu)件。但随(sui)着能源(yuan)問題的(de)出現,因(yin)爲其💔結(jie)構的原(yuan)因導緻(zhi)節流損(sun)失較大(da),越來越(yue)多的行(hang)業已經(jing)放棄了(le)它的使(shi)用。如圖(tu)1示出孔(kong)闆改♈進(jin)前後流(liu)體流💋動(dong)方向對(dui)比。從圖(tu)1中可以(yi)看出通(tong)過對垂(chui)直入🈲口(kou)進行☁️改(gai)進後,得(de)到的孔(kong)闆流出(chu)特性較(jiao)好,具有(you)防堵、節(jie)流損失(shi)小等優(you)點。爲了(le)确🧡定的(de)入口錐(zhui).角,本文(wen)通過數(shu)值模拟(ni)的方法(fa),對3種不(bu)同入🔞口(kou)錐🌈角的(de)錐形孔(kong)闆進行(hang)管内數(shu)值模拟(ni)。得出不(bu)同入口(kou)錐角的(de)錐形🧑🏽‍🤝‍🧑🏻孔(kong)闆流出(chu)系數🏒與(yu)雷諾數(shu)的關系(xi)圖,如💰圖(tu)2所示。從(cong)圖中可(ke)以得出(chu),随着🏃🏻‍♂️入(ru)口錐角(jiao)的減小(xiao)，流出系(xi)數會增(zeng)大,但增(zeng)大趨勢(shi)減弱🌈。根(gen)據文獻(xian)[15],一味的(de)㊙️增大流(liu)出系數(shu)和減小(xiao)壓損,可(ke)能會造(zao)成計量(liang)精度的(de)下降。
 
　　最(zui)終确定(ding)以入口(kou)錐角爲(wei)30°的錐形(xing)孔闆爲(wei)試驗節(jie)流件。
4試(shi)驗部分(fen)
4.1試驗裝(zhuang)置及試(shi)驗條件(jian)
　　試驗是(shi)在東北(bei)電力大(da)學氣液(ye)兩相流(liu)試驗台(tai)上進行(hang)的😄,試驗(yan)介質爲(wei)空氣和(he)水,試驗(yan)錐形孔(kong)闆孔徑(jing)比🏃🏻爲0.67,前(qian)錐角等(deng)于30°,後錐(zhui)角等于(yu)45°,過度平(ping)台長度(du)爲2m,管徑(jing)d爲30m,取壓(ya)方式爲(wei),環室角(jiao)接取壓(ya)👄。試驗流(liu)程如圖(tu)3所示。試(shi)驗參數(shu)♊範圍:壓(ya)力:209~260kPa;質量(liang)含氣率(lü):0.00021~0.028;溫度:13~15℃;總(zong)質量流(liu)量3224~11546kg/h。采樣(yang)頻率爲(wei)❄️256Hz,采樣時(shi)間16s。
 
4.2試驗(yan)結果與(yu)分析
　　根(gen)據測量(liang)方法,要(yao)想進行(hang)流量的(de)測量,首(shou)先得求(qiu)出錐🙇‍♀️形(xing)孔闆的(de)流出系(xi)數和林(lin)氏模型(xing)θ1的關系(xi)式,表3是(shi)以水❤️爲(wei)介質得(de)出的試(shi)驗數據(ju)。
 
　　得出錐(zhui)形孔闆(pan)流出系(xi)數值爲(wei)0.84。對比圖(tu)2可以看(kan)出,這一(yi)⭐結果和(he)模拟結(jie)果很相(xiang)近。說明(ming)數值模(mo)拟方法(fa)在改進(jin)節流件(jian)性能時(shi)有很好(hao)的指引(yin)效果。同(tong)時在本(ben)✊試驗條(tiao)件下,得(de)出了50組(zu)氣液兩(liang)相流量(liang)測量數(shu)據。根👉據(ju)林氏模(mo)型θ1是氣(qi)液密度(du)比.的函(han)數,基于(yu)本試驗(yan)溫度變(bian)化較小(xiao)，所以以(yi)壓力對(dui)θ1進行多(duo)項式拟(ni)合得到(dao)✍️:
 
　　通過測(ce)量50組試(shi)驗數據(ju)的B和x,得(de)到B和x的(de)關系,如(ru)圖4所示(shi)。由圖4可(ke)以看出(chu)，B和x呈現(xian)單值函(han)數關系(xi)，而不是(shi)線性關(guan)系,而且(qie)B的取值(zhi)和文獻(xian)[1]中的相(xiang)比波動(dong)很大。出(chu)💞現這一(yi)結果的(de)主要原(yuan)因,應該(gai)是本文(wen)👨‍❤️‍👨的試驗(yan)範圍的(de)不同。由(you)于在幹(gan)度大于(yu)0.1時,氣液(ye)兩相流(liu)動主要(yao)呈✉️現的(de)是環狀(zhuang)流,此種(zhong)流型下(xia),液相會(hui)在管壁(bi)處形成(cheng)液膜,而(er)夾帶液(ye)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻滴的氣(qi)相在管(guan)🌂道中部(bu)高速流(liu)動，導緻(zhi)了汽液(ye)🔴兩相流(liu)📐動過程(cheng)的壓差(cha)波動性(xing)降低。而(er)在😘本文(wen)試驗過(guo)程中,汽(qi)液兩相(xiang)流動随(sui)着🤩幹度(du)的增大(da),主要表(biao)現出氣(qi)泡流、塞(sai)狀流、彈(dan)狀流、波(bo)-彈混狀(zhuang)流。根據(ju)B的計算(suan)式可知(zhi),當壓差(cha)波動越(yue)劇烈時(shi)B的取值(zhi)越大,因(yin)此流型(xing)的變化(hua)是導緻(zhi)文獻11]和(he)本文結(jie)果不同(tong)的根本(ben)原因。
 
　　幹(gan)度測量(liang)誤差的(de)形成,可(ke)能是由(you)于汽液(ye)兩相流(liu)動🏒具有(you)一定的(de)随機性(xing),即使幹(gan)度相同(tong)時,其它(ta)參數如(ru):壓力、溫(wen)度等的(de)♉微小變(bian)化也可(ke)能導緻(zhi)局部流(liu)動型态(tai)的變🌈化(hua)，從而🌐引(yin)起壓差(cha)脈動✨幅(fu)值的變(bian)化。所以(yi)對于同(tong)一千度(du)也會産(chan)生測量(liang)誤🍓差。另(ling)外文🏒獻(xian)01]中的測(ce)量方法(fa)認爲‼️壓(ya)差瞬時(shi)參數與(yu)時均參(can)💜數的規(gui)律相🌈同(tong),而并未(wei)嚴格證(zheng)明,這也(ye)可能是(shi)測量誤(wu)差形成(cheng)的原因(yin)。
　　由式（11）、（16）和(he)（17）計算得(de)到的流(liu)量測量(liang)相對誤(wu)差≤±9.7%,如圖(tu)6所示爲(wei)計算流(liu)❤️量和實(shi).際流量(liang)對比。
 
　　本(ben)文是通(tong)過壓力(li)對參數(shu)θ1拟合的(de)，并不是(shi)嚴格以(yi)氣⭐液密(mi)度比來(lai)拟合θ1,,另(ling)外本文(wen)試驗條(tiao)件幹度(du)小于0.1,氣(qi)⭐液兩相(xiang)流動的(de)型态變(bian)化較多(duo),而林氏(shi)模型較(jiao)适合用(yong)于幹度(du)大于0.1的(de)試驗條(tiao)件,這可(ke)能是流(liu)量測量(liang)誤差較(jiao)大的⚽原(yuan)因。若能(neng)基于流(liu)型來拟(ni)合θ1,測💜量(liang)誤差是(shi)♊可以減(jian)小的。
5結(jie)論
(1)通過(guo)對2種測(ce)量模型(xing)的數學(xue)表達式(shi)及部分(fen)試驗結(jie)果分析(xi)後,得出(chu)2種測量(liang)方法是(shi)有聯系(xi)的，在較(jiao)爲合理(li)假設基(ji)礎上重(zhong)新驗證(zheng)了模型(xing)1的正确(que)性。由兩(liang)者内在(zai)關系知(zhi),這也能(neng)間接證(zheng)明模型(xing)2的合理(li)性;
2)根據(ju)文獻10]中(zhong)模型應(ying)用範圍(wei)推廣的(de)結論:,得(de)出文獻(xian)[8]的測量(liang)✂️方法同(tong)樣适用(yong)于其他(ta)節流件(jian);
(3)結合數(shu)值模拟(ni)方法和(he)試驗研(yan)究，設計(ji)了--種節(jie)流損失(shi)🐆小、防🍉堵(du)功✨能強(qiang)的錐形(xing)孔闆并(bing)将其應(ying)用到實(shi)際🔆流量(liang)測量中(zhong);
(4)通過本(ben)文試驗(yan)研究得(de)到了文(wen)獻01]中千(qian)度小于(yu)0.1時B和x的(de)關系式(shi),爲此種(zhong)測量方(fang)法應用(yong)範圍的(de)拓寬提(ti)供了參(can)考依據(ju);
(5)在試驗(yan)條件範(fan)圍内,借(jie)鑒文獻(xian)11]的測量(liang)方法,同(tong)時，應用(yong)本文👨‍❤️‍👨設(she)計的錐(zhui)形孔闆(pan),實現了(le)運用單(dan)一節流(liu)件測量(liang)汽液❓兩(liang)相流量(liang)的雙參(can)數測量(liang)。

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