摘要(yào):闡述了(le)渦輪流(liú)量計 的(de)工作原(yuan)理和動(dòng)态特性(xìng),建立了(le)渦輪流(liú)量計的(de)多相流(liú)測量模(mo)型,并在(zài)多相流(liu)模拟裝(zhuang)置中進(jìn)行了實(shí)驗驗🈚證(zheng),得出了(le)流體✉️密(mì)度是渦(wō)輪流量(liàng)計在測(cè)量多相(xiàng)流的流(liú)量時的(de)影響因(yin)子，并且(qiě)讨論㊙️了(le)流體密(mi)度♍影響(xiǎng)多相流(liú)的流量(liàng)💃🏻測量的(de)規律。
　　在(zài)油田生(sheng)産過程(cheng)參數(如(ru)溫度、壓(yā)力等)檢(jian)測中，以(yi)流💋量和(he)🈚各相持(chí)率測量(liàng)複雜,是(shì)較難測(ce)量的兩(liǎng)個參數(shù),因而,引(yǐn)起了工(gōng)🎯程技術(shu)人員的(de)興趣.随(sui)着油田(tian)的發展(zhan),被測對(dui)象不再(zai)局限于(yú)單相流(liú)，而要對(dui)多相流(liu)、混合狀(zhuàng)态的⛹🏻‍♀️流(liú)量進行(háng)測量。測(ce)量多相(xiang)流的技(jì)術難度(dù)🔞要比單(dan)相流體(ti)的正确(que)測⭐量大(da)的多,知(zhi)道單相(xiàng)流體的(de)密度、粘(zhān)度及測(cè)量裝置(zhi)的幾何(he)結構，便(biàn)可以對(duì)單.相流(liu)進行⛹🏻‍♀️定(dìng)量分析(xi)。如果能(néng)利用多(duo)相流中(zhōng)每一相(xiàng)的㊙️上述(shù)各物理(lǐ)量對多(duō)相流進(jin)行測量(liang)的話，就(jiù)很方便(bian)。但很遺(yí)💔憾的是(shì),多相流(liú)體的特(te)性遠比(bi)單相流(liú)體的特(te)性複雜(zá)的多♌，如(rú)各組分(fèn)之間不(bu)能均勻(yun)混合、混(hùn)合流體(ti)的異常(chang)性、流型(xíng)轉變，相(xiang)對速度(dù)、流體性(xing)質、管道(dao)結✨構、流(liu)動方向(xiang)等因素(su)将導緻(zhi)渦輪流(liú)量傳感(gǎn)器✂️響應(yīng)特性的(de)改變"
　　在(zai)單相流(liu)的條件(jian)下，渦輪(lun)的轉速(sù)和流經(jing)它的體(ti)積流量(liàng)成一單(dan)值線性(xìng)函數,在(zài)油水兩(liang)相流中(zhong)，隻要流(liu)量超過(guo)始動流(liú)量,在允(yun)許的誤(wu)差範圍(wei)内,渦輪(lun)的響應(yīng)和體積(ji)流量也(yě)是成線(xiàn)性函數(shu)。
　　但在多(duo)相流動(dòng)中，即使(shi)在總流(liu)量保持(chí)不變的(de)情況下(xia)，混合流(liú)🤟體的密(mi)度發生(shēng)變化，也(ye)會引起(qǐ)渦輪轉(zhuǎn)速✍️的很(hěn)大變化(huà)。本文就(jiu)此問題(tí),通過對(duì)渦輪流(liú)量計的(de)工作原(yuán)理和特(te)性分析(xi)，闡述了(le)在測量(liang)多相流(liu)時的流(liu)量影響(xiǎng)因子，并(bing)進行了(le)實驗驗(yàn)證。
1工作(zuo)原理及(jí)數學模(mo)型建立(lì)
　　渦輪流(liú)量計是(shì)一種速(sù)度式儀(yi)表,它是(shì)以動量(liàng)矩守恒(heng)原⭕理爲(wei)基🤩礎的(de)，流體沖(chòng)擊渦輪(lún)葉片,使(shi)渦輪旋(xuán)轉,渦輪(lún)🙇🏻的旋轉(zhuan)速♌度随(suí)🔞流量🛀🏻的(de)變化而(ér)變化，最(zui)後從渦(wō)🆚.輪的轉(zhuǎn)數求出(chū)☎️流量值(zhi)，通過磁(ci)電轉換(huan)裝置(或(huò)機械🆚輸(shū)出裝置(zhi)📧)将渦輪(lun)轉🔆速變(bian)化成電(diàn)脈沖,送(sòng)入二次(cì)儀表進(jin)行計算(suan)♍和顯示(shi)，由單位(wèi)時間電(diàn)脈沖數(shù)和累計(ji)❓電脈沖(chòng)數反映(yìng)出瞬時(shi)流量和(hé)🥰累計流(liu)量(見圖(tú)1)
 
　　所以,由(yóu)動量矩(ju)定理可(kě)知，渦輪(lún)的運動(dong)微分方(fang)程爲:
 
　　式(shì)中:J爲渦(wo)輪的轉(zhuǎn)動慣量(liàng);w爲渦輪(lún)的旋轉(zhuan)角速度(dù);∑M爲作用(yong)在渦輪(lún)上的合(he)力矩。
　　在(zai)正常工(gong)作條件(jiàn)下，可認(ren)爲管道(dào)内的流(liú)體流量(liàng)不随時(shí)間變化(hua)，即渦輪(lun)以恒定(ding)的角速(su)度ω旋轉(zhuan),這樣就(jiu)有
那麽(me)渦輪的(de)運動微(wei)分方程(chéng)變爲：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這(zhe)裏把∑M分(fen)成了兩(liang)部分,即(jí)驅動渦(wo)輪旋轉(zhuan)的驅動(dòng)力矩M和(hé)阻礙渦(wō)🆚輪旋轉(zhuan)的各種(zhong)阻力矩(ju)∑Mi。通過分(fèn)析計算(suàn),驅動力(lì)矩爲
 
　　式(shì)中:θ爲葉(yè)片與軸(zhóu)線之間(jiān)的夾角(jiao);r爲渦輪(lún)平均半(bàn)徑;A爲管(guǎn)道流通(tōng)面積;ρ爲(wèi)流體密(mì)度;ω爲渦(wō)輪的旋(xuan)轉角速(sù)度;qv爲通(tōng)過管道(dào)的流量(liàng)。
　　将式(3)代(dai)入(2)中得(de):
 
2渦輪流(liu)量計的(de)特性分(fen)析
　　由式(shì)(5)和式(6)可(kě)見:當流(liu)體的粘(zhan)度增大(da)時,渦輪(lún)的轉動(dong)角速度(dù)變💃小;當(dang)流體密(mì)度變大(da)時,渦輪(lun)的轉動(dòng)角速度(du)也随之(zhī)增大🈲。在(zài)流體速(su)度較小(xiǎo)(相當于(yú)層流狀(zhuàng)态🆚)時,渦(wo)輪的頻(pín)率🚶‍♀️響應(yīng)非線性(xìng),且🧡受流(liú)體性質(zhì)變化影(yǐng)響較大(da);當流體(tǐ)速度較(jiào)高(相當(dang)于湍流(liú)狀态)時(shí),式變小(xiǎo)，渦輪響(xiǎng)應近似(si)線性,儀(yi)器常數(shù)K基本上(shàng)不受流(liú)體㊙️粘度(dù)變化影(yǐng)響。
　　渦輪(lún)啓動時(shi),要克服(fu)較大的(de)機械靜(jing)摩擦力(li),因此需(xu)要較大(dà)始動流(liu)量。渦輪(lun)以--定的(de)速度轉(zhuan)動起來(lái)以後,需(xu)要㊙️機械(xie)動摩擦(ca)力和流(liu)🏃‍♂️體流動(dong)阻力,轉(zhuǎn)動阈值(zhi)qVmin與p0.5成反(fan)比，流體(ti)密度越(yue)大，qVmin越小(xiao)。這種情(qíng)況對于(yu)密度變(bian)化小的(de)液體來(lái)說，影響(xiang)不大，可(ke)視爲常(chang)數🚶。但對(duì)于多相(xiang)流體來(lái)說,由于(yu)溫度、壓(yā)力和分(fèn)相含👨‍❤️‍👨率(lü)的變化(hua)，引起p變(bian)化,從而(ér)影響qVmin。
3實(shi)驗結果(guǒ)分析
　　實(shi)驗在以(yi)水和空(kōng)氣爲介(jie)質的流(liú)動模拟(nǐ)裝置中(zhong)進行，實(shí)驗中在(zài)氣體流(liu)量固定(dìng)的前提(ti)下，逐漸(jiàn)增大水(shui)⭐的流量(liàng),測量渦(wō)㊙️輪的響(xiǎng)應值。增(zēng)大氣體(ti)的流量(liang),複上述(shu)操作,得(dé)到了下(xià)面的渦(wō)輪響應(yīng)圖版，其(qí)中流量(liang)爲氣液(ye)的合流(liu)量。圖中(zhong)氣體流(liu)量爲零(líng)時，流體(ti)的密度(du)最大,測(ce)得的響(xiǎng)應曲線(xian)各流量(liang)響應值(zhi)最大。由(you)于氣🐪流(liú)量增大(da)時，測📧得(de)流體密(mì)度和💞粘(zhan)度都變(biàn)小，由式(shi)(5)和式(6)推(tui)得渦輪(lun)的轉動(dòng)角速度(du)也随之(zhī)變小，所(suǒ)以随着(zhe)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流體密(mi)度的減(jiǎn)小，qVmin增大(da)。
 
4結論
　　通(tōng)過實驗(yàn)驗證，我(wo)們可以(yǐ)得出如(rú)下的結(jié)論:1渦輪(lun)流量計(jì)在🐅測量(liang)🔞多相流(liu)的流量(liàng)時，在總(zǒng)流量保(bao)持不.變(bian)的情⛹🏻‍♀️況(kuàng)下，流體(ti)的密度(dù)發生變(bian)化也會(huì)引起渦(wō)輪轉👈速(su)的很大(da)變化。④渦(wō)輪流量(liang)計的始(shi)動流量(liàng)随多相(xiang)流🔆體密(mi)度的增(zeng)大而減(jiǎn)小。
　　從以(yi)上得出(chu)的結論(lùn)可知,渦(wo)輪流量(liàng)計在測(ce)量多相(xiang)流體的(de)🙇‍♀️流量的(de)時候,流(liú)體的密(mì)度是影(ying)響測量(liàng)精度的(de)主要因(yīn)素。

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