摘要:闡(chan)述了渦輪流(liú)量計 的工作(zuo)原理和動态(tài)特性,建立了(le)渦輪流量計(ji)的多相🏃‍♀️流測(cè)量模型,并在(zài)多相流模拟(nǐ)裝置中進行(hang)了實驗驗證(zhèng),得🤟出了流體(tǐ)密度是渦輪(lún)流量計在測(cè)量多🚩相流的(de)流量時的影(ying)響因子，并🈲且(qiě)讨論了流體(tǐ)密度影響多(duō)相流的流量(liàng)測量的規律(lü)。
　　在油田生産(chan)過程參數(如(ru)溫度、壓力等(děng))檢測中，以流(liú)♋量和各相持(chi)‼️率測量複雜(za),是較難測量(liang)的兩個參數(shù),因而,引起了(le)工程技🐪術人(rén)員的興趣.随(sui)着油田的發(fa)展,被測對象(xiang)不再局限于(yú)單相㊙️流，而要(yào)對多相流、混(hun)合狀态的流(liu)量進行測量(liang)。測量多相流(liu)的🐆技術難度(dù)要比單相流(liu)體的正确測(cè)量大的多,知(zhi)道單相流體(ti)🔞的密度、粘度(dù)及測量裝置(zhi)的幾何結構(gou)，便可以對單(dān).相流進行⚽定(dìng)量分析。如果(guo)能利用多相(xiàng)流中每一相(xiang)的上述各物(wu)理量對多相(xiàng)流進行測量(liang)的話，就很方(fang)便。但很遺憾(hàn)的是,多相流(liu)體的特性遠(yuan)比單相流體(tǐ)的特性複雜(zá)的多，如各組(zu)分之間不能(neng)均勻混合、混(hùn)合流體的異(yì)常性、流型轉(zhuan)變，相對速度(du)、流體性質、管(guan)道結構、流動(dong)方向等因素(sù)将導緻渦輪(lún)流量傳感器(qi)響應特性的(de)改變"
　　在單相(xiang)流的條件下(xià)，渦輪的轉速(sù)和流經它的(de)體積流量成(cheng)一💃單💜值線性(xing)函數,在油水(shui)兩相流中，隻(zhī)要流量超過(guò)始動流❗量,在(zai)允許的誤差(chà)範圍内,渦輪(lun)的響應和體(ti)積流量也是(shì)成線性函數(shù)。
　　但在多相流(liu)動中，即使在(zài)總流量保持(chí)不變的情況(kuàng)下，混合流體(tǐ)的密度發生(shēng)變化，也會引(yǐn)起渦輪轉速(su)🏃🏻‍♂️的很大變化(huà)。本文就此問(wèn)題,通過對渦(wō)輪流量計的(de)工作原理和(hé)特⭐性分析，闡(chǎn)述了在測量(liàng)多相流時的(de)流量影響因(yin)子，并進行了(le)實驗💃🏻驗證。
1工(gong)作原理及數(shù)學模型建立(lì)
　　渦輪流量計(jì)是一種速度(du)式儀表,它是(shi)以動量矩守(shou)恒原🌈理爲基(ji)礎的，流體沖(chong)擊渦輪葉片(piàn),使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋💯轉(zhuan)速度随流量(liang)的變化而變(bian)化，最後從渦(wō).輪的轉數求(qiú)出流量值，通(tong)過磁🏃🏻‍♂️電轉換(huan)裝置(或機械(xiè)輸出裝置👈)将(jiang)渦輪轉🌈速變(biàn)化成電脈沖(chong),送入二次儀(yí)🐆表進行計算(suàn)和顯示，由單(dan)💃🏻位時間電脈(mo)⛱️沖數和累計(ji)電脈沖數反(fan)映⭕出瞬時流(liú)量和累計流(liu)量(見圖1)
 
　　所以,由(you)動量矩定理(lǐ)可知，渦輪的(de)運動微分方(fāng)程爲:
 
　　式中:J爲(wèi)渦輪的轉動(dong)慣量;w爲渦輪(lun)的旋轉角速(su)度;∑M爲作用在(zài)🔅渦輪上的合(he)力矩。
　　在正常(chang)工作條件下(xià)，可認爲管道(dào)内的流體流(liu)量不随時間(jiān)變化，即渦輪(lun)以恒定的角(jiao)速度ω旋轉,這(zhe)樣就有
那麽(me)渦輪的運動(dòng)微分方程變(bian)爲：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這裏把∑M分(fèn)成了兩部分(fèn),即驅動渦輪(lun)旋轉的驅動(dòng)力矩M和阻礙(ài)渦輪旋轉的(de)各種阻力矩(ju)∑Mi。通過分析計(ji)算✂️,驅動🈲力矩(ju)爲
 
　　式中:θ爲葉(ye)片與軸線之(zhi)間的夾角;r爲(wèi)渦輪平均半(bàn)徑;A爲管道流(liu)🤞通面積;ρ爲流(liu)體密度;ω爲渦(wo)輪的旋轉角(jiǎo)速度;qv爲通過(guo)管道的流量(liàng)。
　　将式(3)代入(2)中(zhōng)得:
 
2渦輪流量(liang)計的特性分(fen)析
　　由式(5)和式(shì)(6)可見:當流體(ti)的粘度增大(dà)時,渦輪的轉(zhuǎn)動角速度變(bian)小;當流體密(mi)度變大時,渦(wō)輪的轉動角(jiǎo)速🆚度也随之(zhi)🏃🏻‍♂️增大🤟。在流體(tǐ)速度較小(相(xiang)當于層流狀(zhuang)态)時,渦輪⭐的(de)頻率響應非(fēi)線性,且受流(liú)體性質變化(huà)影響較大;當(dang)流體速度較(jiao)高(相當于湍(tuān)流狀态)時,式(shi)變👅小，渦輪響(xiang)應近似線性(xìng),儀💋器常數K基(ji)本上不受流(liu)體粘度變化(hua)影響。
　　渦輪啓(qǐ)動時,要克服(fú)較大的機械(xie)靜摩擦力,因(yin)此需要較大(dà)始動流量。渦(wō)輪以--定的速(su)度轉動起來(lai)以後💯,需要機(ji)械🔞動摩擦力(lì)和流體流動(dong)阻力,轉動阈(yù)值qVmin與p0.5成反比(bǐ)👌，流體密度越(yue)大，qVmin越小。這🍓種(zhǒng)情況對于密(mi)度變化小的(de)液體來說，影(yǐng)響不大，可🔱視(shi)爲常數。但對(duì)于多🙇🏻相流體(ti)來說☂️,由于溫(wen)度、壓力和分(fèn)相含率的變(bian)化，引💃起p變化(huà),從而🌐影響qVmin。
3實(shi)驗結果分析(xi)
　　實驗在以水(shuǐ)和空氣爲介(jie)質的流動模(mó)拟裝置中進(jin)🐆行，實🧡驗中在(zài)氣體流量固(gu)定的前提下(xia)，逐漸增大水(shuǐ)💯的流量,測量(liàng)渦輪的響應(ying)值。增大氣體(tǐ)的流量,複上(shàng)述操作,得到(dào)了下面的渦(wo)輪響應圖版(ban)，其中流量爲(wei)🔅氣液的合流(liú)量。圖中氣體(tǐ)流量爲零時(shí)，流體的密度(dù)最大,測得的(de)響應曲線各(gè)流量響應值(zhi)最大。由于氣(qi)流量增大時(shi)💜，測得流體密(mì)度和粘度都(dōu)變小，由式(5)和(he)🔴式(6)推得渦輪(lún)的轉動角速(su)度也随之🌐變(bian)小，所以随着(zhe)✔️流體密度的(de)減小，qVmin增大。
 
4結(jie)論
　　通過實驗(yan)驗證，我們可(ke)以得出如下(xià)的結論:1渦輪(lún)流🔞量🐉計♻️在測(cè)🆚量多相流的(de)流量時，在總(zǒng)流量保持不(bú).變的情況下(xia)，流體的密度(dù)發生變化也(yě)會引起渦輪(lún)轉速的很大(da)變化。④渦輪流(liu)量計的始動(dong)流量随多相(xiang)流體密度的(de)⭐增大而減小(xiao)。
　　從以上得出(chū)的結論可知(zhi),渦輪流量計(ji)在測量多相(xiang)流體的流量(liàng)的時候,流體(tǐ)的密度是影(ying)響測量精度(du)的主要因素(sù)。

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