1引(yin)言
對氣液兩(liǎng)相流量測量(liàng)方法的研究(jiū),一直是國.内(nèi)許多學者的(de)工作重點。由(yóu)于氣液兩相(xiang)流量計
量不(bu)同于單向流(liú),因此對其流(liú)量的測量又(yòu)分爲單參數(shu)測量和雙參(can)數測量。其中(zhōng)比較典型的(de)單參數測量(liang)方法有Lin模型(xíng)、三通模型、Yue模(mó)型等，然而大(da)多數情況,對(duì)氣液兩相流(liú)量計量需要(yào)雙參數計量(liang),如凝析❤️天然(ran)氣在輸送過(guò)程中的計量(liàng)問題,從而雙(shuang)參數計🧑🏽🤝🧑🏻量對(dui)工業生産具(jù)有更重㊙️要的(de)意義。
氣液兩(liang)相流量的雙(shuang)參數測量方(fāng)法較多,按其(qí)測量方法⛱️大(dà)🔆緻可分爲分(fèn)流分相法、單(dān)相流量計組(zu)合法🐅、軟測量(liàng)方法、利用差(cha)壓脈✂️動特性(xìng)測量法。其中(zhong)利用差壓脈(mo)動特性測量(liang)法,是由單一(yī)孔闆節流件(jian),完成🌏的雙參(can)數測量,這在(zai)國内衆多雙(shuāng)參數測量方(fang)法中是比較(jiao)有特色的。但(dan)由于标準孔(kong)闆的節流損(sǔn)失較大,而且(qie)孔闆🈚銳㊙️邊易(yì)磨損和堵塞(sai)等缺點,限制(zhì)這一方法在(zai)某些領域的(de)應用。基于以(yǐ)上原因,本文(wen)對标準孔闆(pan)進行了改進(jin),并結合此測(cè)量方👉法,實現(xiàn)了汽液兩相(xiang)流量雙參數(shù)測量。
2流量測(ce)量理論模型(xíng)
2.1測量模型1
氣(qi)液兩相流量(liang)雙參數測量(liàng)模型爲:
式中(zhong)x一幹度
A一孔(kǒng)闆流通面積(jī),m2
W一質量流量(liang),kg/h.
g、l一氣相、液相(xiang)
ρ一密度,kg/m³
C一流(liú)出系數
√△p一孔(kong)闆兩側的壓(ya)差方根
θ一孔(kǒng)闆的相分離(li)系數,是ps/pt和孔(kong)徑比β的函數(shù);由試驗确定(ding)✊
√△p0一壓差方根(gen)噪聲幅值
2.2測(cè)量模型2
根據(ju)文獻01],申國強(qiáng)在總結各種(zhǒng)流型下的
孔(kǒng)闆壓差數據(ju)得出:
同樣運(yùn)用單一-節流(liu)件,完成了氣(qì)液兩相流量(liang)的雙參數測(cè)量🌈。
2.3.2種測量模(mo)型對比分析(xī)
對比兩種測(cè)量方法可以(yi)看出,雖然它(tā)們表達式不(bú)同,但都是通(tōng)過壓差脈動(dong)特性得出的(de)測量模型,測(cè)量機🐪理是相(xiàng)似㊙️的。結合式(shì)（2）和式（11）整理得(de):
因爲式（3）和（10）有(yǒu)着非常相似(si)的數學表達(dá)式,根據數理(lǐ)統計知識可(ke)知它們是有(yǒu)聯系的,圖3可(kě)知,這兩張圖(tú)的中的R和x及(ji)B和x的對應關(guan)系基本一緻(zhì),所以由B代替(tì)R時,認爲它會(huì)影響θ的取值(zhi)但不會對其(qi)變化趨勢帶(dai)來過大的波(bō)動。鑒于本文(wen)是研究θ值的(de)影響因素,這(zhè)裏假設R=B。如果(guo)按照文獻（10）的(de)方法,那麽在(zai)此試驗數據(jù)的範圍内參(can)數θ應爲一定(ding)值。通過式（1）計(ji)算得到的θ值(zhí),以及用此測(cè)量值計算的(de)幹度值和相(xiang)對誤差如表(biǎo)2所示。
觀察表(biao)2可以看出θ的(de)測量值并不(bu)是一-定值,而(er)且應💘用θ的平(ping)均🧑🏽🤝🧑🏻值代入式(shi)（1）得出的幹度(du)測量相對誤(wù)差很大,根本(běn)滿足不㊙️了工(gōng)業生産的要(yào)求。但是在表(biǎo)2中發現在幹(gan)👄度大于0.6時，θ的(de)取👌值和幹度(du)小于0.6時的取(qu)值相差很多(duō),但在各自的(de)區間上θ的變(biàn)化并不劇烈(lie)。通過對比文(wén)獻01]中的圖4和(hé)文獻{14}中的圖(tú)3可知🚶，在幹度(du)介于0.6兩側時(shí)R和x及B和x的函(han)數關系明顯(xiǎn)不同。于是,從(cong)新以幹度0.6爲(wei)分⭕界線分别(bié)求θ的平均值(zhi),然後根據式(shi)（1）求得幹度相(xiang)對測量誤差(cha)🙇♀️≤±6.2%。經過以上分(fen)析可以得出(chu),文獻[7]的測量(liàng)方法是正确(que)的而且在幹(gàn)度變化不大(dà)的情況下，θ的(de)取值基本不(bu)受幹度的影(ying)響。在文獻10]中(zhōng)同時㊙️給出了(le)√△Po和σ(√△P)在本質.上(shàng)無區别的結(jié)論，因此測量(liang)方法不僅适(shì)用于孔闆,對(dui)其它節流件(jian)仍然适用。根(gen)據兩🐉種測量(liang)方法的機理(lǐ)知，文獻8]的測(cè)量模型應用(yòng)于其他節流(liú)件也是适用(yong)的。而且由式(shì)（10）和🧑🏾🤝🧑🏼文獻11]中的(de)圖💋4可以看出(chū),這種計量方(fang)法相對簡🧡單(dan),在幹⛷️度小于(yú)0.2時B和x基本是(shì)線性關系。這(zhè)對于氣液兩(liǎng)相流量🈲測量(liang)儀表的實現(xiàn)是非常有利(li)的。所以運用(yong)此方法,并✨且(qie)更換節流件(jian),完成單一節(jie)流件的氣液(ye)兩相流量雙(shuāng)參數✔️測量是(shì)可行的。
3錐形(xíng)孔闆的設計(jì)
對于
差壓式(shì)流量計
來說(shuō),不同節流件(jiàn)的選取,直接(jiē)影響其性能(neng)的好壞🌈。作爲(wei)💞常用🆚節流件(jian)的标準孔闆(pǎn),由于其易于(yú)安裝,生産成(chéng)本較低等🐇優(yōu)點,導緻目前(qián)國内大約70%的(de)差壓式流量(liàng)計⛷️是以它✌️作(zuò)爲節流件。但(dàn)⚽随着能源問(wèn)題的出現,因(yīn)爲其☂️結構的(de)原因導緻節(jiē)🥰流損失較♉大(dà),越來越😄多的(de)行業已經放(fang)棄了它☂️的使(shi)用。如圖1示出(chū)孔闆改進前(qian)後流體🔆流動(dong)方向對比。從(cóng)圖1中可以看(kàn)出通過對垂(chuí)直入口進行(háng)改進後,得到(dao)的孔🍓闆流出(chū)特性較好,具(jù)有防堵、節流(liú)損💚失小等優(you)點。爲了🧑🏾🤝🧑🏼确定(ding)的入口錐.角(jiao),本文通過數(shù)值模拟的方(fāng)法,對3種不同(tóng)入口錐角的(de)錐形孔闆進(jin)行管内數值(zhi)模拟。得出不(bú)同入口錐角(jiǎo)的錐形孔闆(pǎn)流出系☔數與(yǔ)雷諾數的關(guan)系圖,如🔆圖2所(suǒ)示。從圖中可(kě)以得出,随着(zhe)入口錐角的(de)減小，流⛷️出系(xì)數會❌增大,但(dan)增大趨勢減(jiǎn)弱。根據文🍉獻(xian)[15],一味的增大(dà)流出系數和(hé)減小壓損,可(kě)能會造成計(jì)量精度的下(xia)降。
最終确定(ding)以入口錐角(jiao)爲30°的錐形孔(kǒng)闆爲試驗節(jiē)流件♻️。
4試驗部(bù)分
4.1試驗裝置(zhì)及試驗條件(jian)
試驗是在東(dōng)北電力大學(xué)氣液兩相流(liú)試驗台上進(jìn)行的💯,試驗㊙️介(jie)質爲空氣和(hé)水,試驗錐形(xíng)孔闆孔徑比(bǐ)爲0.67,前錐角等(děng)于30°,後錐角等(deng)于45°,過度平台(tai)長度爲2m,管徑(jìng)d爲30m,取壓方式(shì)爲,環室角接(jiē)取壓。試驗流(liú)程如圖3所示(shi)😍。試驗參數範(fan)圍:壓力:209~260kPa;質量(liang)含氣率:0.00021~0.028;溫度(du):13~15℃;總質量流量(liàng)3224~11546kg/h。采樣頻率爲(wèi)256Hz,采樣時間16s。
4.2試(shi)驗結果與分(fen)析
根據測量(liang)方法,要想進(jìn)行流量的測(ce)量,首先得求(qiú)出錐形🔴孔闆(pan)的流出系數(shù)和林氏模型(xíng)θ1的關系式,表(biǎo)3是以水爲介(jiè)質得出的試(shì)驗數據。
得出(chū)錐形孔闆流(liú)出系數值爲(wei)0.84。對比圖2可以(yi)看出,這一結(jie)果和💞模拟結(jié)果很相近。說(shuo)明數值模拟(ni)方法在改進(jìn)節流🛀🏻件性💚能(neng)時有很好的(de)指引效果。同(tóng)時在本試驗(yan)條件下,得出(chū)了50組🆚氣液兩(liǎng)相流量測量(liang)數據。根據林(lin)氏模型θ1是氣(qì)液💯密度比.的(de)函數,基于本(běn)試驗溫度變(biàn)化較小，所以(yǐ)以壓力對θ1進(jìn)行多項式拟(nǐ)合得到🌈:
通過(guo)測量50組試驗(yan)數據的B和x,得(de)到B和x的關系(xi),如圖4所示。由(you)💋圖4可以😄看出(chu)，B和x呈現單值(zhí)函數關系，而(ér)不是線性關(guan)系,而且B的取(qǔ)值和文獻[1]中(zhōng)的相比波動(dong)很大。出現這(zhè)一結果的主(zhǔ)要原因,應該(gāi)是本文的試(shi)驗範圍的不(bú)同。由㊙️于在幹(gàn)度大于0.1時,氣(qi)液兩相流動(dòng)主要呈🔴現的(de)是環狀流,此(cǐ)種流型下,液(yè)相會在管壁(bi)處形成液膜(mo),而夾帶液滴(dī)的氣相在管(guan)✉️道中部高速(su)流動，導緻了(le)汽液🏃🏻兩相流(liu)動過程的壓(yā)差波動性降(jiang)低。而在本文(wen)試驗過程中(zhōng),汽液兩相流(liú)動随着✊幹度(du)的增大,主要(yào)表現⭐出氣泡(pào)流、塞狀流、彈(dan)狀流、波-彈混(hun)狀流。根🤟據B的(de)計算式可知(zhī),當壓差波動(dong)越劇烈時B的(de)取值越大,因(yīn)此流型的變(bian)化是導✊緻文(wén)獻11]和本文結(jié)果不同🏃🏻的根(gen)本原因。
幹度(du)測量誤差的(de)形成,可能是(shì)由于汽液兩(liǎng)相流動具有(you)一定的随機(ji)性,即使幹度(du)相同時,其它(ta)參數如:壓力(lì)♌、溫度等的微(wei)小🐕變化也可(kě)能導緻局部(bu)流動型⛱️态的(de)變化，從而引(yǐn)起壓差脈動(dòng)幅值的📧變化(hua)。所以對于同(tong)一千度也會(hui)産🔱生測量誤(wù)差。另外文獻(xian)01]中的測量方(fang)法認爲🈚壓差(chà)瞬時參🏃數與(yǔ)時均參數的(de)規律相同,而(ér)并未嚴格證(zheng)明,這也可能(neng)🧑🏾🤝🧑🏼是測量誤差(chà)形🐕成的原因(yīn)。
由式（11）、（16）和（17）計算(suàn)得到的流量(liàng)測量相對誤(wu)差≤±9.7%,如圖6所示(shì)爲🧑🏾🤝🧑🏼計算流量(liàng)和實.際流量(liang)對比。
本文是(shì)通過壓力對(duì)參數θ1拟合的(de)，并不是嚴格(ge)以氣液密📱度(dù)比來⛹🏻♀️拟合θ1,,另(lìng)外本文試驗(yan)條件幹度小(xiǎo)于0.1,氣液兩相(xiàng)流㊙️動的型态(tai)變化較多,而(ér)林氏模型較(jiao)适合用于幹(gan)度大于0.1的試(shì)驗條件,這可(ke)能是流量測(cè)量誤差較大(da)的原因。若能(néng)基于流型來(lái)拟合θ1,測量誤(wu)差是可以減(jian)小的。
5結論
(1)通(tōng)過對2種測量(liang)模型的數學(xué)表達式及部(bù)分試驗結果(guǒ)分析後,得出(chū)2種測量方法(fǎ)是有聯系的(de)，在較爲合理(li)假設基礎上(shang)重新驗證了(le)模型1的正确(què)性。由兩者内(nèi)在關系知,這(zhe)也能間接證(zheng)明模型2的合(he)理性;
2)根據文(wen)獻10]中模型應(ying)用範圍推廣(guǎng)的結論:,得出(chū)文獻[8]的測量(liang)方法同樣适(shì)用于其他節(jie)流件;
(3)結合數(shu)值模拟方法(fǎ)和試驗研究(jiu)，設計了--種節(jie)流損失小、防(fáng)堵功♈能強的(de)錐形孔闆并(bing)将其應用到(dao)實際流量測(cè)量中;
(4)通過本(ben)文試驗研究(jiū)得到了文獻(xian)01]中千度小于(yú)0.1時B和x的關系(xì)式,爲此種測(ce)量方法應用(yòng)範圍的拓寬(kuān)提供♋了參🤩考(kǎo)依據;
(5)在試驗(yan)條件範圍内(nèi),借鑒文獻11]的(de)測量方法,同(tong)時，應用本文(wén)設計的錐形(xíng)孔闆,實現了(le)運用單一節(jiē)流件測量🐅汽(qi)液兩相流量(liang)👌的雙參數測(ce)量。
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