1引言(yan)
　　對氣液兩(liang)相流量測(ce)量方法的(de)研究,一直(zhí)是國.内許(xu)多學者的(de)工作重點(dian)。由于氣液(ye)兩相流量(liang)計 量不同(tóng)于單向流(liú),因此對其(qí)流量的測(ce)量又分爲(wèi)單參✏️數測(cè)量和雙參(can)數測量。其(qí)中比較典(diǎn)型的單參(cān)數測量方(fang)法有Lin模型(xing)、三通模型(xing)、Yue模型等，然(ran)而大多數(shu)情況,對氣(qì)液兩相☁️流(liu)量計🎯量需(xū)要雙參數(shù)計量,如凝(ning)析天然氣(qi)在🐇輸送過(guo)程中的計(ji)量問題,從(cóng)而雙參數(shu)計✔️量對工(gong)業生㊙️産具(ju)有更重要(yào)的意義。
　　氣(qì)液兩相流(liu)量的雙參(cān)數測量方(fang)法較多,按(an)其測量方(fāng)法大緻可(kě)㊙️分爲分流(liu)分相法、單(dan)相流量計(ji)組合法、軟(ruan)測✌️量方法(fa)、利用差壓(yā)脈動特性(xìng)測量法。其(qí)中利用🈚差(cha)壓脈動特(te)性👈測量法(fǎ),是由單一(yi)孔闆🤩節流(liu)件,完成的(de)雙參數🤞測(ce)量,這在國(guo)内衆多雙(shuāng)參數測💯量(liàng)方法中是(shì)比較有特(tè)色的。但由(yóu)于🔅标準孔(kǒng)闆的節流(liú)損失較㊙️大(dà),而且孔闆(pan)銳🈚邊易磨(mo)損和堵塞(sāi)等缺點,限(xian)制這一方(fāng)法在某些(xiē)領域的應(yīng)用。基于以(yǐ)上原因,本(běn)文對标準(zhǔn)孔闆進行(hang)了改進,并(bìng)結合此測(ce)量方🤟法,實(shi)現了汽液(yè)兩相流量(liàng)雙參數測(cè)量。
2流量測(cè)量理論模(mó)型
2.1測量模(mó)型1
　　氣液兩(liǎng)相流量雙(shuāng)參數測量(liang)模型爲:
 
式(shi)中x一幹度(dù)
A一孔闆流(liú)通面積,m2
W一(yi)質量流量(liang),kg/h.
g、l一氣相、液(ye)相
ρ一密度(du),kg/m³
C一流出系(xì)數
√△p一孔闆(pan)兩側的壓(yā)差方根
θ一(yi)孔闆的相(xiang)分離系數(shu),是ps/pt和孔徑(jing)比β的函數(shù);由試驗确(què)定
√△p0一壓差(cha)方根噪聲(sheng)幅值
2.2測量(liàng)模型2
　　根據(jù)文獻01],申國(guo)強在總結(jié)各種流型(xing)下的
　　孔闆(pǎn)壓差數據(ju)得出:
 
　　同樣(yàng)運用單一(yi)-節流件,完(wan)成了氣液(ye)兩相流量(liàng)的雙參🌍數(shu)👣測🈲量。
2.3.2種測(cè)量模型對(dui)比分析
　　對(dui)比兩種測(ce)量方法可(kě)以看出,雖(suī)然它們表(biao)達式不同(tóng)♍,但都是通(tōng)過壓差脈(mo)動特性得(dé)出的測量(liàng)模型,測量(liàng)機✉️理是相(xiàng)似的。結合(he)式（2）和式（11）整(zhěng)理得:
 
　　因爲(wei)式（3）和（10）有着(zhe)非常相似(si)的數學表(biao)達式,根據(jù)數理統計(ji)知識可知(zhī)它們是有(you)聯系的,圖(tu)3可知,這兩(liang)張圖的中(zhong)的R和x及B和(he)x的對應關(guān)系基本一(yī)緻,所以由(you)B代替R時,認(rèn)爲它會影(yǐng)響θ的取值(zhí)但不會對(dui)其變化趨(qū)勢帶來過(guò)大的波動(dong)。鑒于本文(wen)是研究θ值(zhí)的影響因(yīn)素,這裏假(jiǎ)設R=B。如果按(an)照文獻（10）的(de)方法,那麽(me)在此試驗(yan)數據的範(fan)圍内參數(shù)θ應爲一定(dìng)值。通過式(shì)（1）計算得到(dao)的θ值,以及(jí)用此測量(liàng)值計算的(de)幹度值和(he)相對誤差(cha)如表2所示(shì)。
 
　　觀察表2可(ke)以看出θ的(de)測量值并(bìng)不是一-定(ding)值,而且應(yīng)💁用θ的📞平均(jun1)值代入式(shì)（1）得出的幹(gàn)度測量相(xiàng)對誤差很(hen)🌈大,根🔞本滿(man)足不了工(gōng)業生産的(de)要求。但是(shi)在表2中發(fā)現在幹度(dù)大于0.6時，θ的(de)取⛷️值和幹(gàn)度小于0.6時(shi)的取值相(xiàng)差很多,但(dàn)在各自的(de)區間上θ的(de)變化并不(bu)劇烈。通過(guo)對比文獻(xiàn)01]中的圖4和(hé)文獻{14}中的(de)圖3可知💛，在(zai)幹度介于(yu)🔴0.6兩側時R和(hé)x及B和x的函(han)數關系明(ming)顯不同。于(yú)是,從新以(yi)幹度0.6爲分(fèn)界線分别(bié)求θ的平均(jun)值,然㊙️後根(gēn)據式（1）求得(dé)幹度相對(duì)測量誤差(chà)‼️≤±6.2%。經過以上(shàng)分析可以(yi)得出,文獻(xian)[7]的測量方(fāng)法是正确(que)的而且在(zài)㊙️幹度變化(hua)不大🌈的情(qíng)況下，θ的取(qǔ)值基本不(bú)受幹度的(de)影響。在文(wén)🙇🏻獻10]中同時(shí)👌給出了√△Po和(hé)σ(√△P)在本質.上(shang)無區别的(de)結論，因此(ci)測量方法(fa)不僅🙇‍♀️适用(yong)于孔闆,對(dui)其它節流(liú)件仍然适(shì)用。根據兩(liǎng)種測量方(fang)法的機理(li)知，文獻8]的(de)測量模型(xíng)應用于其(qi)他節流件(jian)也是适用(yong)的。而且由(yóu)式（10）和文獻(xian)11]中的圖4可(ke)✌️以看出,這(zhè)種計量方(fāng)法相對簡(jiǎn)💃🏻單,在幹度(du)小于0.2時B和(he)x基本是線(xiàn)性☀️關系。這(zhè)對于氣液(ye)兩相流量(liàng)測量儀表(biao)的實現是(shì)非常有利(lì)的。所以運(yun)用此方法(fǎ),并且更換(huàn)👈節流件,完(wán)成單一節(jiē)流件的氣(qì)液兩相流(liú)量雙♊參數(shù)🌂測量是可(kě)行的。
3錐形(xing)孔闆的設(shè)計
　　對于 差(chà)壓式流量(liàng)計 來說,不(bú)同節流件(jiàn)的選取,直(zhí)接影響其(qi)性能的好(hǎo)壞。作爲常(chang)用節流件(jian)的标準孔(kong)闆,由于其(qí)易于安裝(zhuāng),生🌐産成本(běn)較🙇‍♀️低等優(you)點,導緻目(mu)前國内大(dà)約70%的差壓(yā)式流量計(jì)是以它📱作(zuo)爲節流件(jiàn)。但随着能(neng)源問題的(de)出現,因爲(wèi)其結構的(de)原因導緻(zhi)節流損失(shi)較大,越來(lai)越💃多的行(hang)業已經放(fang)棄了它的(de)使用。如圖(tú)1示出孔闆(pǎn)改🐉進前後(hou)流體❌流🙇🏻動(dòng)方向對比(bǐ)。從圖1中可(ke)以看出通(tōng)過對垂直(zhi)入口進行(hang)改進後,得(dé)到的孔闆(pan)流出特性(xìng)較好,具有(you)防堵、節流(liú)損失小等(deng)優點。爲了(le)确定的入(ru)口錐.角,本(běn)文通過數(shù)值模拟的(de)方法,對3種(zhǒng)不同入口(kǒu)錐角的錐(zhuī)形孔闆進(jin)行管内數(shu)值模拟。得(de)出不同入(ru)口錐角的(de)錐形孔闆(pan)流出系數(shù)與雷諾數(shù)的關系圖(tu),如圖2所示(shi)。從圖中可(kě)以得出,随(sui)着🥵入口錐(zhuī)角的減小(xiǎo)，流出系數(shu)會☔增大,但(dàn)增大趨勢(shì)減弱💃。根據(jù)⚽文獻[15],一味(wèi)的🔞增大流(liú)出系數和(hé)減小壓損(sǔn),可能會造(zao)成計量精(jing)🈲度㊙️的下降(jiang)。
 
　　最終确定(ding)以入口錐(zhuī)角爲30°的錐(zhui)形孔闆爲(wei)試驗節流(liu)✉️件。
4試驗部(bù)分
4.1試驗裝(zhuāng)置及試驗(yàn)條件
　　試驗(yàn)是在東北(běi)電力大學(xué)氣液兩相(xiang)流試驗台(tái)上進行的(de),試驗介質(zhì)爲空氣和(hé)水,試驗錐(zhuī)形孔闆孔(kong)徑比♌爲0.67,前(qián)錐角等于(yu)🤞30°,後錐角等(deng)🌈于45°,過度平(píng)台長度爲(wei)2m,管徑d爲30m,取(qǔ)壓方式爲(wèi),環室角接(jiē)取壓。試驗(yàn)流程如圖(tu)3所示。試驗(yan)參數🌈範圍(wéi):壓力:209~260kPa;質量(liang)含氣率:0.00021~0.028;溫(wen)度:13~15℃;總⭐質量(liang)流量3224~11546kg/h。采樣(yàng)頻率爲256Hz,采(cǎi)樣時間16s。
 
4.2試(shi)驗結果與(yǔ)分析
　　根據(jù)測量方法(fa),要想進行(hang)流量的測(ce)量,首先得(dé)求出錐形(xíng)孔❓闆的流(liu)出系數和(hé)林氏模型(xíng)θ1的關系式(shi),表3是以水(shuǐ)爲介質得(dé)💰出的試驗(yan)數據。
 
　　得出(chū)錐形孔闆(pan)流出系數(shù)值爲0.84。對比(bi)圖2可以看(kàn)出,這一結(jié)♍果♉和🤞模拟(nǐ)結果很相(xiàng)近。說明數(shù)值模拟方(fāng)法在改進(jìn)節流件性(xing)能時💔有很(hěn)好的指引(yǐn)效果。同時(shi)在本👨‍❤️‍👨試驗(yan)條件下,得(dé)出了50組氣(qi)液兩相流(liú)量測量數(shu)據。根據林(lín)氏模❌型θ1是(shi)氣液密度(dù)比.的函數(shu),基于本試(shì)驗溫度變(bian)化較小，所(suǒ)以以壓力(lì)對θ1進行多(duo)項式拟合(he)得到☁️:
 
　　通過(guo)測量50組試(shì)驗數據的(de)B和x,得到B和(hé)x的關系,如(rú)圖4所示。由(yóu)🐕圖4可以看(kàn)出，B和x呈現(xian)單值函數(shù)關系，而不(bu)是線性關(guan)系,而且B的(de)取值和文(wen)獻[1]中的相(xiàng)比波動很(hen)大。出現這(zhe)一結果的(de)🏒主要原因(yīn),應該是本(ben)文的試驗(yàn)範圍❓的不(bú)同。由于在(zai)幹度大于(yu)0.1時,氣液兩(liang)相流動主(zhu)要呈現的(de)是環狀流(liu),此種流型(xing)下,液相會(huì)在管壁處(chu)形成💁液膜(mó),而夾帶♻️液(ye)滴的氣相(xiang)在管👣道中(zhong)部高速流(liú)動，導😘緻了(le)汽液☎️兩相(xiàng)流動過程(chéng)的壓差波(bo)動性降低(dī)。而在☔本文(wen)試驗過程(chéng)中,汽📧液兩(liǎng)相流動随(sui)着幹度的(de)增大,主要(yao)表現👉出氣(qi)泡流、塞㊙️狀(zhuàng)流、彈狀流(liu)、波-彈混狀(zhuàng)流。根據B的(de)計算式可(kě)知🥰,當壓差(chà)波動越劇(jù)烈時B的取(qǔ)值越📞大,因(yīn)此流型的(de)變化是導(dao)緻文獻11]和(he)本文結果(guǒ)不同㊙️的根(gēn)本原因。
 
　　幹(gan)度測量誤(wù)差的形成(cheng),可能是由(yóu)于汽液兩(liang)相流動具(jù)有一定的(de)随機性,即(ji)使幹度相(xiang)同時,其它(ta)參數如:壓(yā)力、溫度🌍等(děng)的微小變(biàn)化也可能(neng)導緻局部(bu)流動型态(tai)的變化，從(cong)而引起壓(ya)差脈動幅(fú)值的⛷️變化(huà)。所以對⛷️于(yu)同一千🐇度(du)也會産生(sheng)測量誤差(cha)。另外文獻(xiàn)01]中的測✂️量(liang)方法認爲(wèi)壓差瞬時(shí)參數與時(shí)均參數的(de)規律相同(tóng),而并未嚴(yan)格證明,這(zhè)也可能是(shì)測量誤差(cha)形🥵成的原(yuan)因。
　　由式（11）、（16）和(he)（17）計算得到(dao)的流量測(ce)量相對誤(wù)差≤±9.7%,如圖6所(suǒ)示爲計算(suan)流📐量和實(shí).際流量對(dui)比。
 
　　本文是(shi)通過壓力(lì)對參數θ1拟(nǐ)合的，并不(bu)是嚴格以(yi)氣液🔴密☁️度(du)比來🧑🏽‍🤝‍🧑🏻拟合(hé)θ1,,另外本文(wén)試驗條件(jian)幹度小于(yú)0.1,氣液兩相(xiàng)流動的✨型(xing)态🔆變化較(jiào)多,而林氏(shi)模型較适(shì)合用于幹(gàn)度大于0.1的(de)試驗條件(jiàn),這可能是(shì)🧡流量測量(liang)誤差較大(dà)的原因。若(ruò)能基于流(liú)型來拟合(hé)θ1,測🌈量誤差(chà)是可以減(jiǎn)小的。
5結論(lùn)
(1)通過對2種(zhong)測量模型(xíng)的數學表(biǎo)達式及部(bù)分試驗結(jié)果分析後(hou),得出2種測(ce)量方法是(shi)有聯系的(de)，在較爲合(he)理假設基(ji)礎上重新(xin)驗證了模(mo)型1的正确(què)性。由兩者(zhe)内在關系(xi)知,這也能(néng)間接證明(míng)模型2的合(he)理性;
2)根據(ju)文獻10]中模(mó)型應用範(fàn)圍推廣的(de)結論:,得出(chu)文獻[8]的測(ce)量方法同(tóng)樣适用于(yu)其他節流(liu)件;
(3)結合數(shù)值模拟方(fang)法和試驗(yan)研究，設計(jì)了--種節流(liu)損失小、防(fang)堵功能強(qiang)的錐形孔(kong)闆并将其(qi)應用到實(shi)際流量測(cè)量中;
(4)通過(guo)本文試驗(yàn)研究得到(dào)了文獻01]中(zhong)千度小于(yú)0.1時B和🐇x的關(guān)系式⁉️,爲此(cǐ)種測量方(fāng)法應用範(fàn)圍的拓寬(kuān)提供了參(cān)考依💜據;
(5)在(zai)試驗條件(jiàn)範圍内,借(jie)鑒文獻11]的(de)測量方法(fa),同時，應用(yòng)本文設計(jì)的錐形孔(kong)闆,實現了(le)運用單一(yi)節流件🌈測(cè)量汽液兩(liang)相流量的(de)雙參數測(cè)量。

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