摘(zhai)要:闡述(shu)了渦輪(lun)流量計(ji) 的工作(zuo)原理和(he)動态特(te)性,建立(li)了渦輪(lun)流量計(ji)的多相(xiang)流測量(liang)模型,并(bing)在多相(xiang)流模拟(ni)裝置中(zhong)進行了(le)實驗驗(yan)證,得出(chu)了💞流體(ti)密度是(shi)渦輪流(liu)量計在(zai)測量多(duo)相流的(de)流量時(shi)的影響(xiang)因子，并(bing)且讨論(lun)了流體(ti)密度影(ying)響多相(xiang)流的流(liu)量測量(liang)的規律(lü)。
　　在油田(tian)生産過(guo)程參數(shu)(如溫度(du)、壓力等(deng))檢測中(zhong)，以流量(liang)和各相(xiang)持率測(ce)量複雜(za),是較難(nan)測量的(de)兩個參(can)數,因而(er),引起了(le)工程技(ji)術人員(yuan)的興趣(qu).随着油(you)田的發(fa)展,被測(ce)對象不(bu)再局限(xian)于單相(xiang)流，而要(yao)對多相(xiang)流、混合(he)狀态的(de)流量進(jin)行測量(liang)。測量多(duo)相流的(de)技術難(nan)度要比(bi)單相流(liu)體的正(zheng)确測量(liang)大的多(duo),知🆚道單(dan)相流體(ti)🌍的密度(du)、粘度及(ji)測量裝(zhuang)置的幾(ji)🌏何結構(gou)，便可以(yi)💞對單.相(xiang)流進行(hang)定量分(fen)析。如果(guo)能利用(yong)多相流(liu)中每一(yi)相的上(shang)述各物(wu)理量對(dui)🔴多相流(liu)進行測(ce)量的話(hua)，就很方(fang)便。但很(hen)遺憾的(de)是,多相(xiang)流體的(de)特性遠(yuan)比單相(xiang)流體👨‍❤️‍👨的(de)特性複(fu)雜的多(duo)，如各組(zu)分之間(jian)不能均(jun)勻混合(he)、混🏃‍♂️合流(liu)體的異(yi)常性、流(liu)型轉變(bian)，相對速(su)度、流體(ti)性質、管(guan)道結🔞構(gou)、流動方(fang)向等因(yin)素将導(dao)緻渦輪(lun)流量傳(chuan)感器響(xiang)應特性(xing)的改變(bian)"
　　在單相(xiang)流的條(tiao)件下，渦(wo)輪的轉(zhuan)速和流(liu)經它的(de)體積🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流(liu)量🍉成一(yi)🚩單值線(xian)性函數(shu),在油水(shui)兩相流(liu)中，隻要(yao)流量超(chao)✊過始動(dong)流量,在(zai)允許👌的(de)誤差範(fan)圍内,渦(wo)輪的響(xiang)👉應和體(ti)🏒積流量(liang)也是成(cheng)線性函(han)數。
　　但在(zai)多相流(liu)動中，即(ji)使在總(zong)流量保(bao)持不變(bian)的情況(kuang)下，混合(he)流體的(de)密度發(fa)生變化(hua)，也會引(yin)起渦輪(lun)轉速的(de)很大變(bian)化。本文(wen)就此問(wen)題,通過(guo)對渦輪(lun)流量計(ji)的工作(zuo)原理和(he)特性分(fen)析🌈，闡述(shu)了在測(ce)量多相(xiang)流時的(de)流量影(ying)響因子(zi)，并進行(hang)了實驗(yan)♻️驗證。
1工(gong)作原理(li)及數學(xue)模型建(jian)立
　　渦輪(lun)流量計(ji)是一種(zhong)速度式(shi)儀表,它(ta)是以動(dong)量矩守(shou)恒原💋理(li)爲🏃🏻基礎(chu)的，流體(ti)沖擊渦(wo)輪葉片(pian),使渦輪(lun)旋轉🔴,渦(wo)輪的旋(xuan)轉速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度(du)随流量(liang)🤞的變化(hua)而變化(hua)，最後從(cong)渦.輪的(de)轉數求(qiu)出流量(liang)值，通過(guo)磁電轉(zhuan)換裝置(zhi)(或機械(xie)輸出裝(zhuang)置)将渦(wo)輪轉速(su)變化成(cheng)電脈沖(chong),送🐕入二(er)次儀表(biao)進行計(ji)算✍️和顯(xian)示，由單(dan)🐕位時間(jian)電脈💘沖(chong)數和累(lei)計☔電脈(mo)沖數反(fan)映出瞬(shun)時流量(liang)和累計(ji)流量(見(jian)圖1)
 
　　所以(yi),由動量(liang)矩定理(li)可知，渦(wo)輪的運(yun)動微分(fen)方程爲(wei):
 
　　式中:J爲(wei)渦輪的(de)轉動慣(guan)量;w爲渦(wo)輪的旋(xuan)轉角速(su)度;∑M爲作(zuo)用在渦(wo)⛱️輪上的(de)合力矩(ju)。
　　在正常(chang)工作條(tiao)件下，可(ke)認爲管(guan)道内的(de)流體流(liu)量不✏️随(sui)時間🏒變(bian)化，即渦(wo)輪以恒(heng)定的角(jiao)速度ω旋(xuan)轉,這樣(yang)就有
那(na)麽渦輪(lun)的運動(dong)微分方(fang)程變爲(wei)：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這裏把(ba)∑M分成了(le)兩部分(fen),即驅動(dong)渦輪旋(xuan)轉的驅(qu)動力矩(ju)M和阻礙(ai)渦🚶‍♀️輪旋(xuan)轉的各(ge)種阻力(li)矩∑Mi。通過(guo)分析計(ji)算,驅動(dong)力矩爲(wei)
 
　　式中:θ爲(wei)葉片與(yu)軸線之(zhi)間的夾(jia)角;r爲渦(wo)輪平均(jun)半徑;A爲(wei)管道🔴流(liu)通面積(ji);ρ爲流體(ti)密度;ω爲(wei)渦輪的(de)旋轉角(jiao)速度;qv爲(wei)通過管(guan)道的流(liu)量。
　　将式(shi)(3)代入(2)中(zhong)得:
 
2渦輪(lun)流量計(ji)的特性(xing)分析
　　由(you)式(5)和式(shi)(6)可見:當(dang)流體的(de)粘度增(zeng)大時,渦(wo)輪的轉(zhuan)動角速(su)度變小(xiao);當流體(ti)密度變(bian)大時,渦(wo)輪的轉(zhuan)動角速(su)度也随(sui)之增大(da)。在流體(ti)速度較(jiao)小(相當(dang)于層流(liu)狀态)時(shi),渦輪👄的(de)頻率響(xiang)應非線(xian)性,且受(shou)流體性(xing)質變化(hua)影響較(jiao)大;當🌈流(liu)體速度(du)♊較高(相(xiang)當于湍(tuan)流狀态(tai))時,式變(bian)小，渦輪(lun)響應近(jin)似線性(xing),儀器常(chang)數K基本(ben)上不受(shou)流體粘(zhan)度變化(hua)影響。
　　渦(wo)輪啓動(dong)時,要克(ke)服較大(da)的機械(xie)靜摩擦(ca)力,因此(ci)需要🌍較(jiao)大始🏃🏻‍♂️動(dong)流量。渦(wo)輪以--定(ding)的速度(du)轉動起(qi)來以後(hou)🧡,需要🌂機(ji)械動摩(mo)擦力和(he)流體流(liu)動阻力(li),轉動阈(yu)值qVmin與p0.5成(cheng)反比，流(liu)體密度(du)越大，qVmin越(yue)小。這種(zhong)情況對(dui)于密度(du)變🔞化小(xiao)的液🙇‍♀️體(ti)來說，影(ying)🔞響不大(da)，可視爲(wei)常數。但(dan)對于多(duo)相流體(ti)來說,由(you)于溫度(du)、壓力和(he)分相含(han)💋率的變(bian)化，引起(qi)p變化,從(cong)而影響(xiang)qVmin。
3實驗結(jie)果分析(xi)
　　實驗在(zai)以水和(he)空氣爲(wei)介質的(de)流動模(mo)拟裝置(zhi)中進行(hang)✍️，實🌏驗中(zhong)在⛹🏻‍♀️氣體(ti)流量固(gu)定的前(qian)提下，逐(zhu)漸增大(da)水的流(liu)🛀量,測量(liang)渦輪的(de)響應值(zhi)。增大氣(qi)體的流(liu)量,複上(shang)述操作(zuo),得到了(le)下面的(de)渦輪響(xiang)☁️應圖版(ban)，其中流(liu)量爲氣(qi)液的合(he)流量。圖(tu)中氣體(ti)流量爲(wei)零時，流(liu)體的密(mi)度最大(da),測得的(de)響應曲(qu)線各流(liu)量響應(ying)值最大(da)。由于氣(qi)💰流量增(zeng)大時，測(ce)⛷️得流體(ti)密度和(he)💁粘度都(dou)變小，由(you)式(5)和式(shi)(6)推得渦(wo)㊙️輪的轉(zhuan)動角速(su)度也随(sui)之變小(xiao)，所以随(sui)着流體(ti)密度的(de)減小，qVmin增(zeng)大。
 
4結論(lun)
　　通過實(shi)驗驗證(zheng)，我們可(ke)以得出(chu)如下的(de)結論:1渦(wo)輪流量(liang)計在測(ce)量多相(xiang)流的流(liu)量時，在(zai)總流量(liang)保持不(bu).變的情(qing)♋況下，流(liu)體😄的密(mi)🚩度發🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生(sheng)變化也(ye)會引起(qi)渦輪轉(zhuan)👣速的很(hen)大變化(hua)。④渦輪流(liu)⭕量計的(de)始動流(liu)量随多(duo)相流體(ti)密度的(de)增大而(er)減小。
　　從(cong)以上得(de)出的結(jie)論可知(zhi),渦輪流(liu)量計在(zai)測量多(duo)相流體(ti)的流👌量(liang)的時候(hou),流體的(de)密度是(shi)影響測(ce)量精度(du)的主要(yao)因🔴素。

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