1引言
　　對氣液(yè)兩相(xiàng)流量測量(liàng)方法的研(yán)究,一(yī)直是(shì)國.内許多(duō)學者(zhě)的工作重點。由(yóu)于氣(qì)液兩(liǎng)相流量計 量不同于(yú)單向(xiàng)流,因此對其流量的(de)測量(liàng)又分(fèn)爲單(dān)參(cān)數測(cè)量和雙(shuāng)參數測量。其中(zhōng)比較典型(xíng)的單(dān)參數測量方法(fǎ)有lin模型、三通模型(xíng)、yue模型等(děng)，然而(ér)大多數(shù)情(qíng)況(kuàng),對氣液兩(liǎng)相流量(liàng)計量需(xū)要(yào)雙參數計(jì)量(liàng),如凝析天然氣在(zài)輸送(sòng)過程中的計(jì)量問題,從而雙參(cān)數計量(liàng)對(duì)工業(yè)生産具有(yǒu)更重(zhòng)要的意義。
　　氣液(yè)兩相流(liú)量的雙(shuāng)參數測量方法(fǎ)較多,按(àn)其測量方法大(dà)緻(zhì)可分(fèn)爲分流分相法(fǎ)、單相(xiàng)流量計組(zǔ)合法、軟測量方(fāng)法、利用差壓脈(mò)動特(tè)性測量法(fǎ)。其中利用差壓(yā)脈動特性測量(liàng)法,是由單(dān)一孔(kǒng)闆節流件(jiàn),完成的雙(shuāng)參(cān)數測量(liàng),這在國内衆多(duō)雙參數(shù)測量方(fāng)法中(zhōng)是比(bǐ)較有(yǒu)特色的(de)。但由于(yú)标準(zhǔn)孔闆(pǎn)的節(jiē)流損(sǔn)失較大,而(ér)且孔(kǒng)闆銳邊易磨損和堵(dǔ)塞等(děng)缺點,限制(zhì)這一方法在(zài)某些領(lǐng)域的應(yīng)用(yòng)。基于(yú)以上原(yuán)因,本文(wén)對标準(zhǔn)孔闆進(jìn)行了改(gǎi)進(jìn),并結合此測量(liàng)方法,實現(xiàn)了汽液兩(liǎng)相流量(liàng)雙(shuāng)參數(shù)測量。
2流量測量(liàng)理論(lùn)模(mó)型
2.1測量(liàng)模型1
　　氣液兩相(xiàng)流量雙參數測量模型爲:
 
式(shì)中(zhōng)x一幹度
a一孔闆(pǎn)流通(tōng)面積,m2
w一質(zhì)量流(liú)量(liàng),kg/h.
g、l一(yī)氣相(xiàng)、液相
ρ一密(mì)度,kg/m³
c一(yī)流出系數
√△p一(yī)孔闆兩側的壓差(chà)方根(gēn)
θ一孔(kǒng)闆的(de)相分(fèn)離系(xì)數,是(shì)ps/pt和孔徑(jìng)比(bǐ)β的函(hán)數;由試驗确定(dìng)
√△p0一壓差方根噪(zào)聲幅(fú)值
2.2測量模(mó)型2
　　根(gēn)據文獻01],申(shēn)國(guó)強(qiáng)在總(zǒng)結各(gè)種流型下(xià)的
　　孔(kǒng)闆壓(yā)差數據得(dé)出:
 
　　同(tóng)樣運用單一-節(jiē)流件(jiàn),完成了氣液兩(liǎng)相流(liú)量的(de)雙參數測(cè)量。
2.3.2種測量(liàng)模型(xíng)對比(bǐ)分(fèn)析
　　對比兩種(zhǒng)測(cè)量方法(fǎ)可(kě)以看出,雖然(rán)它們表達式(shì)不(bú)同,但都是(shì)通過(guò)壓差脈動(dòng)特性(xìng)得出(chū)的(de)測量模(mó)型,測量(liàng)機(jī)理是(shì)相似的(de)。結合式(shì)（2）和式（11）整(zhěng)理(lǐ)得:
 
　　因(yīn)爲式(shì)（3）和(hé)（10）有(yǒu)着非常相似的(de)數學(xué)表達(dá)式,根(gēn)據數(shù)理統計知(zhī)識可(kě)知它們是(shì)有聯系的,圖3可知,這(zhè)兩張(zhāng)圖的中的(de)r和(hé)x及(jí)b和x的對應關系(xì)基本一緻(zhì),所以由b代(dài)替r時(shí),認爲它會影響(xiǎng)θ的取值但不會對(duì)其(qí)變化趨勢(shì)帶來過大的波動。鑒(jiàn)于本(běn)文是研究θ值(zhí)的影響(xiǎng)因素,這裏假設(shè)r=b。如果按照文獻(xiàn)（10）的方法,那麽在此試驗數據的(de)範圍内(nèi)參數θ應(yīng)爲一定值。通過式（1）計算得到的(de)θ值,以及用此測(cè)量值計(jì)算(suàn)的幹(gàn)度值和(hé)相對誤(wù)差如(rú)表2所示。
 
　　觀(guān)察表(biǎo)2可以(yǐ)看出θ的測(cè)量值并不(bú)是一-定值(zhí),而且應用θ的(de)平均值(zhí)代入(rù)式(shì)（1）得出的(de)幹度測量相對(duì)誤差很大(dà),根(gēn)本(běn)滿足(zú)不了工業(yè)生産的要求。但是在(zài)表2中發現(xiàn)在幹度大于0.6時(shí)，θ的取(qǔ)值和幹度小于0.6時的取值相差(chà)很多,但在(zài)各自的區(qū)間上θ的變化并不劇(jù)烈。通過對比文獻01]中(zhōng)的圖4和文(wén)獻{14}中的(de)圖(tú)3可知(zhī)，在幹(gàn)度介于0.6兩(liǎng)側時r和x及b和x的(de)函數關(guān)系明(míng)顯(xiǎn)不同(tóng)。于(yú)是(shì),從新(xīn)以幹(gàn)度0.6爲分界(jiè)線分(fèn)别求θ的平(píng)均(jun1)值,然後根據(jù)式（1）求(qiú)得(dé)幹度相(xiàng)對測量誤(wù)差≤±6.2%。經過以(yǐ)上分析可以得(dé)出(chū),文獻[7]的測量方法(fǎ)是正(zhèng)确的而且在幹(gàn)度變化不(bú)大的情況下，θ的取值(zhí)基本不受(shòu)幹度(dù)的影(yǐng)響。在(zài)文獻(xiàn)10]中同時給出了√△po和σ(√△p)在(zài)本(běn)質.上無區别的結論，因(yīn)此測(cè)量方法不(bú)僅(jǐn)适用于(yú)孔闆(pǎn),對其它節流件仍然适用(yòng)。根據兩種測量方法(fǎ)的機理知(zhī)，文獻8]的(de)測量(liàng)模(mó)型應(yīng)用于其他節流(liú)件也(yě)是适用的。而且由(yóu)式（10）和文獻11]中(zhōng)的(de)圖4可以看出,這種計量(liàng)方法(fǎ)相(xiàng)對簡單(dān),在幹度(dù)小于0.2時(shí)b和x基本是(shì)線性(xìng)關系。這對于氣(qì)液兩相流量測(cè)量儀表的實現是非常有利的(de)。所以(yǐ)運(yùn)用此方(fāng)法,并(bìng)且(qiě)更換節流(liú)件,完(wán)成單一(yī)節流件的氣液(yè)兩相流量(liàng)雙參(cān)數測(cè)量(liàng)是可行(háng)的。
3錐(zhuī)形孔(kǒng)闆的(de)設(shè)計
　　對于 差壓(yā)式流量計 來(lái)說,不同節(jiē)流(liú)件的選取,直接(jiē)影響(xiǎng)其性能(néng)的好壞(huài)。作爲常用節流(liú)件的(de)标準孔闆(pǎn),由于其(qí)易(yì)于安(ān)裝,生産成本較低等優點(diǎn),導緻目前國内大約(yuē)70%的差(chà)壓式(shì)流量計是(shì)以(yǐ)它(tā)作爲(wèi)節流件。但随着(zhe)能源問題的出現(xiàn),因爲其(qí)結構(gòu)的原因導緻節(jiē)流損失較(jiào)大,越(yuè)來越多的行業已經(jīng)放棄了它(tā)的使用。如(rú)圖1示(shì)出孔闆改(gǎi)進前(qián)後流體(tǐ)流動方向對(duì)比。從圖1中(zhōng)可以看出通過(guò)對垂(chuí)直(zhí)入口進(jìn)行改進(jìn)後,得到(dào)的孔闆流(liú)出特性較(jiào)好(hǎo),具有防(fáng)堵、節流(liú)損失小等(děng)優點。爲了确(què)定的(de)入口(kǒu)錐(zhuī).角(jiǎo),本文(wén)通(tōng)過(guò)數值(zhí)模拟的方法,對(duì)3種不(bú)同入(rù)口錐(zhuī)角(jiǎo)的錐形孔闆(pǎn)進行管内數值(zhí)模拟(nǐ)。得出不同(tóng)入口錐角的錐形孔(kǒng)闆流(liú)出系(xì)數(shù)與雷諾數的(de)關系圖,如(rú)圖2所示。從(cóng)圖中可以(yǐ)得出,随(suí)着入口錐角(jiǎo)的(de)減小，流(liú)出系(xì)數會增大(dà),但增(zēng)大趨勢(shì)減(jiǎn)弱。根據文(wén)獻[15],一(yī)味的增大流出(chū)系數和減小壓(yā)損,可(kě)能會造成(chéng)計量精(jīng)度的下(xià)降。
 
　　最終确定以(yǐ)入口錐(zhuī)角爲30°的錐形(xíng)孔闆爲試(shì)驗(yàn)節流件。
4試驗部分(fèn)
4.1試(shì)驗裝置及試驗條件
　　試(shì)驗是在東北電(diàn)力大(dà)學氣(qì)液兩(liǎng)相流試驗(yàn)台上(shàng)進行(háng)的(de),試驗介質爲空(kōng)氣(qì)和水(shuǐ),試驗(yàn)錐形孔闆(pǎn)孔徑比爲0.67,前錐(zhuī)角(jiǎo)等(děng)于30°,後錐角等于45°,過度平台(tái)長度爲2m,管徑d爲(wèi)30m,取壓(yā)方式爲,環(huán)室角(jiǎo)接(jiē)取壓。試驗流(liú)程如圖3所(suǒ)示。試驗參數範圍:壓力(lì):209~260kpa;質量含(hán)氣率:0.00021~0.028;溫度:13~15℃;總質(zhì)量流(liú)量3224~11546kg/h。采樣頻(pín)率(lǜ)爲256hz,采(cǎi)樣(yàng)時間(jiān)16s。
 
4.2試驗結果與(yǔ)分(fèn)析
　　根據測量方(fāng)法,要想(xiǎng)進行流(liú)量的(de)測量,首先(xiān)得求出錐形孔(kǒng)闆的流出系數(shù)和林(lín)氏模型θ1的(de)關系(xì)式,表3是以水爲介質(zhì)得出(chū)的試驗(yàn)數據。
 
　　得(dé)出錐(zhuī)形(xíng)孔闆流(liú)出系數(shù)值(zhí)爲0.84。對(duì)比圖(tú)2可(kě)以看出(chū),這一結果(guǒ)和模(mó)拟結(jié)果很相近(jìn)。說明數值模拟方法在改(gǎi)進節(jiē)流件性能(néng)時有(yǒu)很好的指引效(xiào)果。同時在本試驗條件下,得(dé)出(chū)了50組氣液兩相(xiàng)流量測量(liàng)數據(jù)。根據林氏模型(xíng)θ1是(shì)氣(qì)液密度比(bǐ).的函(hán)數,基于(yú)本(běn)試驗(yàn)溫度(dù)變化(huà)較小(xiǎo)，所以(yǐ)以壓(yā)力對(duì)θ1進行多項式拟合得到:
 
　　通(tōng)過測(cè)量(liàng)50組試驗(yàn)數據的b和(hé)x,得到(dào)b和x的關系,如圖(tú)4所示。由圖4可以看出(chū)，b和(hé)x呈(chéng)現單(dān)值函(hán)數關(guān)系(xì)，而不是(shì)線性(xìng)關系(xì),而且b的取(qǔ)值和文獻(xiàn)[1]中的(de)相比(bǐ)波動很大(dà)。出現(xiàn)這一結果(guǒ)的主(zhǔ)要原(yuán)因,應(yīng)該是本文(wén)的試(shì)驗範(fàn)圍的不同(tóng)。由于(yú)在幹(gàn)度大于0.1時(shí),氣液兩相流動(dòng)主要(yào)呈現的是(shì)環狀流(liú),此(cǐ)種流型下,液相會在管壁處(chù)形(xíng)成液(yè)膜,而夾帶液滴(dī)的氣相在(zài)管道中部高速流動(dòng)，導緻了汽液兩(liǎng)相(xiàng)流動過程的(de)壓差波動(dòng)性降(jiàng)低。而在本(běn)文試(shì)驗過程中,汽液(yè)兩相(xiàng)流動随着(zhe)幹度的(de)增大,主要表現出氣泡(pào)流、塞(sāi)狀流、彈狀(zhuàng)流、波-彈(dàn)混狀流(liú)。根據b的計算式(shì)可知,當壓差波(bō)動越劇烈(liè)時b的取值越大,因此(cǐ)流型(xíng)的變化是導緻文獻11]和本文結果(guǒ)不(bú)同的(de)根本(běn)原因。
 
　　幹度(dù)測量誤差(chà)的形成,可能是由于(yú)汽液(yè)兩相流動具有一定的随(suí)機性,即使(shǐ)幹度(dù)相同時(shí),其它參(cān)數如:壓力(lì)、溫度等的(de)微小(xiǎo)變化也(yě)可能導緻局部流(liú)動(dòng)型态的(de)變化，從而引起(qǐ)壓差脈動幅值(zhí)的變化(huà)。所(suǒ)以對(duì)于同一(yī)千度也(yě)會産生測(cè)量誤(wù)差。另外文獻01]中(zhōng)的測(cè)量(liàng)方法認(rèn)爲壓(yā)差瞬時參(cān)數與時均參數的規(guī)律(lǜ)相同(tóng),而(ér)并未(wèi)嚴格證明(míng),這也可(kě)能是測(cè)量誤(wù)差形(xíng)成的(de)原因。
　　由式（11）、（16）和（17）計(jì)算得到的(de)流量測量(liàng)相對誤差(chà)≤±9.7%,如圖(tú)6所(suǒ)示爲計算流量和實.際(jì)流量對比(bǐ)。
 
　　本文(wén)是通過壓力對(duì)參數θ1拟(nǐ)合(hé)的，并(bìng)不是嚴(yán)格(gé)以氣液密(mì)度比(bǐ)來拟合θ1,,另外本文試(shì)驗條件(jiàn)幹(gàn)度小(xiǎo)于0.1,氣液兩相流(liú)動的型(xíng)态(tài)變化(huà)較多(duō),而(ér)林氏模(mó)型(xíng)較适合(hé)用于(yú)幹度(dù)大于0.1的試(shì)驗條件(jiàn),這(zhè)可能是流量測量誤(wù)差較大的原因(yīn)。若能(néng)基于(yú)流型(xíng)來拟合(hé)θ1,測量誤(wù)差是可以減小(xiǎo)的。
5結論(lùn)
(1)通過對(duì)2種測(cè)量模(mó)型的(de)數學表達式及(jí)部分試驗(yàn)結果(guǒ)分析後,得出2種(zhǒng)測量方(fāng)法是有(yǒu)聯系的，在較爲合理(lǐ)假(jiǎ)設(shè)基礎(chǔ)上重(zhòng)新驗(yàn)證了(le)模型(xíng)1的(de)正确性(xìng)。由兩者(zhě)内在關(guān)系知,這(zhè)也能間接證明(míng)模型2的(de)合理(lǐ)性;
2)根據(jù)文(wén)獻10]中模型(xíng)應用(yòng)範圍推廣的結(jié)論:,得出文(wén)獻[8]的(de)測量(liàng)方法(fǎ)同樣(yàng)适用于其他節流件(jiàn);
(3)結合(hé)數值(zhí)模拟方(fāng)法(fǎ)和試(shì)驗研究(jiū)，設(shè)計了(le)--種節流損失小(xiǎo)、防堵功(gōng)能強的(de)錐形孔闆(pǎn)并将其應用(yòng)到實際(jì)流量測量中;
(4)通過本文(wén)試(shì)驗研(yán)究得(dé)到了文獻01]中千(qiān)度小于0.1時(shí)b和x的關系式,爲(wèi)此種(zhǒng)測量方法(fǎ)應用範(fàn)圍的拓寬提供了參考(kǎo)依據;
(5)在試(shì)驗條件範(fàn)圍内,借鑒(jiàn)文獻(xiàn)11]的(de)測量方(fāng)法,同時(shí)，應用本(běn)文設計的(de)錐(zhuī)形(xíng)孔闆(pǎn),實現了運(yùn)用單一節(jiē)流件(jiàn)測量(liàng)汽液(yè)兩相(xiàng)流量的雙參數(shù)測量。

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