1引言
對氣液兩(liang)相流量測量方(fang)法的研究,一直(zhí)是國.内許🔞多學(xue)者的工作重點(diǎn)。由于氣液兩相(xiàng)流量計
量不同(tong)于單向流,因此(ci)對其流量的測(ce)量又分爲單參(can)數測🌈量㊙️和雙參(cān)數測量。其中比(bi)較典型的單參(can)數測量方法有(you)Lin模📞型、三通模型(xíng)、Yue模型等，然而大(dà)多數情況,對氣(qi)液兩相🍓流量計(jì)量需要雙參數(shù)❄️計量,如凝析天(tiān)然氣在輸送過(guò)程中的計量問(wen)題,從而雙參數(shu)計量對工業生(shēng)産具有更重要(yao)的意義。
氣液兩(liǎng)相流量的雙參(can)數測量方法較(jiào)多,按其測量方(fang)法大緻可分爲(wei)分流分相法、單(dān)相流量計組合(hé)法、軟測量方法(fa)、利用差壓脈動(dong)特性測量法。其(qí)中利用差壓脈(mo)動特性測量法(fǎ),是由單一孔闆(pǎn)節流件,完成的(de)雙參數測量,這(zhè)在國内衆多雙(shuang)參數測量方法(fǎ)中是比較有特(tè)色的。但由于标(biāo)準孔闆的節流(liú)損失較大,而且(qiě)孔闆✍️銳邊易磨(mó)損和堵塞等缺(quē)點,限制㊙️這一方(fāng)法在某♋些領域(yù)的應用。基于以(yi)上原因,本文對(duì)标👉準孔闆進行(hang)了改進🧡,并結合(hé)此測量方法,實(shí)現了汽液兩相(xiàng)流👉量雙參數測(cè)量。
2流量測量理(lǐ)論模型
2.1測量模(mó)型1
氣液兩相流(liu)量雙參數測量(liang)模型爲:
式中x一(yi)幹度
A一孔闆流(liú)通面積,m2
W一質量(liang)流量,kg/h.
g、l一氣相、液(ye)相
ρ一密度,kg/m³
C一流(liu)出系數
√△p一孔闆(pǎn)兩側的壓差方(fang)根
θ一孔闆的相(xiàng)分離系數,是ps/pt和(he)孔徑比β的函數(shu);由試驗确定
√△p0一(yī)壓差方根噪聲(sheng)幅值
2.2測量模型(xing)2
根據文獻01],申國(guó)強在總結各種(zhǒng)流型下的
孔闆(pǎn)壓差數據得出(chu):
同樣運用單一(yi)-節流件,完成了(le)氣液兩相流量(liàng)的雙參👨❤️👨數測量(liàng)🌂。
2.3.2種測量模型對(duì)比分析
對比兩(liang)種測量方法可(ke)以看出,雖然它(ta)們表達式不同(tóng),但都是通🐆過壓(ya)差脈動特性得(dé)出的測量模型(xíng),測量機理是相(xiàng)似的。結合式（2）和(hé)式（11）整理得:
因爲(wei)式（3）和（10）有着非常(cháng)相似的數學表(biao)達式,根據數理(li)統計知識可知(zhi)它們是有聯系(xi)的,圖3可知,這兩(liǎng)張圖的中的R和(he)x及B和x的對應關(guān)系基本一緻,所(suo)以由B代替R時,認(ren)爲它會影響θ的(de)取值但不會對(dui)其變化趨勢帶(dài)來過大的波動(dong)。鑒于本文是研(yán)究θ值的影響因(yīn)素,這裏假設R=B。如(ru)果按照文獻（10）的(de)方法,那麽在此(ci)試驗數據的範(fàn)圍内參數θ應爲(wèi)一定值。通過式(shi)（1）計算得到的θ值(zhí),以及用此測量(liàng)值計算的幹度(dù)值和相對誤差(cha)如表2所示。
觀察(chá)表2可以看出θ的(de)測量值并不是(shi)一-定值,而且應(yīng)用👣θ的平均值代(dài)入式（1）得出的幹(gàn)度測量相對誤(wu)差很大,根本滿(mǎn)🆚足不了工業生(shēng)産的要求。但是(shi)在表2中發💔現在(zai)幹度大于0.6時，θ的(de)取值和幹度小(xiao)于0.6時的取值相(xiang)差很多,但在各(ge)自的區間上θ的(de)變化并不劇烈(liè)。通過🐕對比文獻(xiàn)01]中的圖4和文獻(xiàn)🤩{14}中的圖3可知，在(zài)幹度介于🈚0.6兩側(cè)時R和x及⁉️B和x的函(hán)數關系明🔞顯不(bú)同。于是,從新以(yǐ)幹度0.6爲分界線(xiàn)分别求θ的平均(jun1)值,然後根據式(shì)（1）求得幹度相對(dui)測量誤差👣≤±6.2%。經過(guo)以上分析可以(yǐ)得出,文獻👣[7]的測(cè)量方法是正确(que)的而且在幹度(du)變化不大的情(qíng)況下，θ的取值基(ji)本不受幹度的(de)影響。在文😍獻10]中(zhong)同時給出了√△Po和(he)σ(√△P)在本質.上無區(qū)别的結論，因此(ci)測量方法不僅(jǐn)适用于孔闆,對(duì)其它節流件仍(réng)然适用。根據兩(liang)種測量方法的(de)機理知，文獻8]的(de)測量模型🌍應用(yòng)于其🍉他節流件(jian)也是适用的。而(ér)且由式（10）和文獻(xiàn)11]中的圖4可以看(kan)出,這種計量方(fāng)法相對簡👄單,在(zài)幹度小于0.2時B和(hé)x基本是線性💞關(guan)系。這對于♋氣液(ye)兩相流量測量(liàng)儀表的實現是(shì)非常有利的。所(suo)以運用此方法(fa),并且更換💁節流(liú)件,完成單一節(jie)流件的氣液兩(liang)相👈流量雙參數(shù)測量是可行的(de)。
3錐形孔闆的設(shè)計
對于
差壓式(shi)流量計
來說,不(bu)同節流件的選(xuǎn)取,直接影響其(qí)性能的好壞🔴。作(zuò)爲常🤞用節流件(jiàn)的标準孔闆,由(you)于其易于安裝(zhuāng),生産成本較🧑🏾🤝🧑🏼低(dī)等優點,導緻目(mu)前國内大約70%的(de)差壓式流量計(jì)是以它作爲節(jie)🔞流件。但随着能(néng)❗源問題的出現(xian),因爲其💯結構的(de)原🔴因導緻節流(liu)損失較大,越來(lai)越❤️多的行業已(yǐ)經放棄了它的(de)使用。如圖1示出(chū)孔闆改進前後(hou)流體流動方向(xiàng)對比。從圖1中可(ke)以看出通過對(duì)垂直入口進行(háng)改進後,得到的(de)孔闆流出特性(xing)較好,具有防堵(du)、節流損🔞失小等(deng)優點。爲了确定(ding)的入口錐.角,本(běn)文通過數值模(mo)拟的方法,對3種(zhǒng)不同入口錐🛀角(jiǎo)的錐形孔闆進(jìn)🍓行管内數值模(mó)拟。得出不同入(rù)口錐角的錐形(xíng)🔞孔闆流出系數(shù)與雷諾數的關(guān)系圖,如📧圖2所示(shì)。從圖中可以得(dé)出,随着入口錐(zhui)角的減小，流出(chu)系數會⁉️增大,但(dàn)增大趨勢減弱(ruò)。根據文獻[15],一味(wèi)的增大流出系(xi)數和減☀️小壓損(sun),可能會造成計(jì)量精度‼️的下降(jiang)。
最終确定以入(ru)口錐角爲30°的錐(zhuī)形孔闆爲試驗(yan)節流件。
4試驗部(bu)分
4.1試驗裝置及(ji)試驗條件
試驗(yan)是在東北電力(li)大學氣液兩相(xiàng)流試驗台上進(jìn)行🌏的🥰,試⚽驗介質(zhi)爲空氣和水,試(shi)驗錐形孔闆孔(kǒng)徑比爲0.67,前錐角(jiǎo)等于30°,後錐角等(děng)☔于45°,過度平台長(zhǎng)度爲2m,管徑d爲30m,取(qǔ)壓方式爲,環室(shì)角接取壓。試驗(yàn)流程如圖3所示(shi)。試驗參數🐇範圍(wéi):壓力♍:209~260kPa;質量含氣(qi)率:0.00021~0.028;溫度:13~15℃;總質量(liàng)流量🐉3224~11546kg/h。采樣頻率(lü)爲💋256Hz,采樣時間16s。
4.2試(shì)驗結果與分析(xi)
根據測量方法(fa),要想進行流量(liang)的測量,首先得(de)求出⭐錐形孔闆(pǎn)的流出系數和(hé)林氏模型θ1的關(guān)系式,表3是以水(shuǐ)爲介💰質得出的(de)試驗數據。
得出(chu)錐形孔闆流出(chū)系數值爲0.84。對比(bǐ)圖2可以看出,這(zhè)一結果和模拟(ni)結果很相近。說(shuo)明數值模拟方(fāng)法在改進節流(liu)🔴件性能時有很(hěn)好的指引效果(guo)。同時在本試驗(yan)條件下,得出了(le)50組🥵氣液兩相流(liú)量測量數據。根(gēn)據林氏模型θ1是(shì)氣液密度比.的(de)函數,基于本試(shì)驗溫度變化較(jiào)小，所以以壓力(li)對θ1進行多項式(shi)拟合得到💯:
通過(guò)測量50組試驗數(shu)據的B和x,得到B和(he)x的關系,如圖4所(suo)示。由圖4可💋以看(kan)出，B和x呈現單值(zhi)函數關系，而不(bú)是線☔性關系,而(ér)且B的取值和文(wen)獻[1]中的相比波(bō)動很大。出現這(zhè)一🧑🏾🤝🧑🏼結果的主要(yao)原因,應該是本(ben)文的試驗範圍(wei)的不同。由于在(zai)幹度㊙️大于0.1時,氣(qì)液兩相流動主(zhǔ)要呈現的是環(huan)狀流,此種流型(xíng)下,液相會在管(guan)壁處形成液膜(mó),而夾帶液🍉滴的(de)氣相在管道中(zhong)部高速流🐅動，導(dǎo)緻了汽液兩相(xiàng)流動過程的壓(ya)差波動性降低(dī)。而在本文試驗(yan)過程中,汽液兩(liang)相流動随着幹(gan)度的增大,主要(yao)表現出氣泡流(liú)、塞狀流、彈💃狀流(liú)、波-彈混狀流。根(gen)👈據B的計算式可(kě)知,當壓差🌐波動(dong)越劇烈時B的取(qu)值越大,因此流(liu)型的變化是導(dǎo)👉緻文獻11]和本文(wén)結果不同的根(gen)本原因。
幹度測(ce)量誤差的形成(cheng),可能是由于汽(qi)液兩相流動具(jù)有❤️一定的随機(ji)性,即使幹度相(xiàng)同時,其它參數(shù)如✂️:壓力、溫度💚等(deng)的♻️微小變化也(yě)可能導緻局部(bù)流動型态的變(bian)化，從而引起壓(ya)差脈動幅值的(de)變化。所以對于(yú)同一千度也會(huì)産生測量誤差(chà)。另外文獻01]中的(de)測✍️量方法認爲(wei)壓差瞬時參數(shu)與時均參數的(de)規律相♋同,而并(bìng)未嚴格證明,這(zhè)也可能是測量(liàng)誤差形🔴成的原(yuan)因。
由式（11）、（16）和（17）計算(suan)得到的流量測(cè)量相對誤差≤±9.7%,如(ru)圖6所示㊙️爲計算(suan)流量和實.際流(liu)量對比。
本文是(shì)通過壓力對參(can)數θ1拟合的，并不(bú)是嚴格以氣液(yè)密🍉度比來😍拟合(he)θ1,,另外本文試驗(yan)條件幹度小于(yu)0.1,氣液兩相流動(dòng)的型态變化較(jiao)多,而林氏模型(xíng)較适合用于幹(gan)度大于0.1的試驗(yan)條件,這😄可能是(shi)流量測量誤差(chà)較大的原因。若(ruo)能基于流型🔞來(lai)拟合θ1,測💋量誤差(chà)是可以減小的(de)。
5結論
(1)通過對2種(zhong)測量模型的數(shu)學表達式及部(bu)分試驗結果分(fen)析後,得出2種測(cè)量方法是有聯(lian)系的，在較爲合(he)理假設基礎上(shang)重新驗證了模(mó)型1的正确性。由(yóu)兩者内在關系(xì)知,這也能間接(jie)證明模型2的合(hé)理性;
2)根據文獻(xian)10]中模型應用範(fàn)圍推廣的結論(lun):,得出文獻[8]的測(cè)☂️量🔞方法同樣适(shi)用于其他節流(liú)件;
(3)結合數值模(mo)拟方法和試驗(yàn)研究，設計了--種(zhǒng)節流損失❌小、防(fáng)堵🚶功能強的錐(zhuī)形孔闆并将其(qí)應用到實際流(liú)量測量中;
(4)通過(guo)本文試驗研究(jiu)得到了文獻01]中(zhōng)千度小于0.1時B和(hé)x的🙇🏻關系式,爲此(cǐ)種測量方法應(yīng)用範圍的拓寬(kuan)提供了參考依(yī)據;
(5)在試驗條件(jian)範圍内,借鑒文(wen)獻11]的測量方法(fa),同時，應用本🆚文(wen)設計的錐形孔(kǒng)闆,實現了運用(yong)單一節流件測(ce)量汽液兩相流(liú)量的雙參數測(cè)量。
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