1引(yǐn)言
　　對氣液兩(liang)相流量測量(liàng)方法的研究(jiū),一直是國.内(nei)許多學者的(de)🎯工🥰作重點。由(yóu)于氣液兩相(xiàng)流量計 量不(bú)同于單向流(liú),因此對其流(liú)量的測量又(you)分爲單🐅參數(shu)測🈲量和雙參(cān)數測量。其中(zhong)比較典型的(de)單參數測量(liang)方法有Lin模型(xing)、三通模型、Yue模(mo)型等，然而大(dà)多數情況,對(duì)氣液兩相⭕流(liú)量計量需要(yao)雙參數計量(liàng),如凝析天然(ran)氣在輸送過(guò)程中的計量(liang)問題,從而雙(shuāng)參數計❄️量對(duì)工業生🍓産具(jù)有更重要的(de)意義。
　　氣液兩(liǎng)相流量的雙(shuang)參數測量方(fāng)法較多,按其(qí)測量方法大(dà)緻♻️可分爲分(fen)流分相法、單(dān)相流量計組(zǔ)合法、軟測量(liàng)方法、利🚶‍♀️用差(chà)壓脈動特性(xìng)測量法。其中(zhong)利用差壓脈(mò)動特性測量(liang)法,是由單一(yi)孔闆節流件(jiàn),完成的雙參(can)數測量,這在(zài)國内衆多雙(shuang)參數測量方(fāng)法中是比較(jiào)有特色的。但(dan)由于标準孔(kong)闆的節流損(sun)失較♍大,而且(qie)孔闆銳邊易(yì)磨損和堵塞(sai)等缺點,限制(zhi)💛這一方法在(zai)某些領域的(de)應用。基于以(yi)上原因,本文(wén)對标準孔闆(pǎn)進行了改進(jìn),并結合此測(cè)量方法🎯,實現(xian)了汽🤩液兩相(xiàng)流量雙參數(shu)測量。
2流量測(ce)量理論模型(xing)
2.1測量模型1
　　氣(qì)液兩相流量(liàng)雙參數測量(liang)模型爲:
 
式中(zhong)x一幹度
A一孔(kǒng)闆流通面積(ji),m2
W一質量流量(liàng),kg/h.
g、l一氣相、液相(xiàng)
ρ一密度,kg/m³
C一流(liú)出系數
√△p一孔(kǒng)闆兩側的壓(ya)差方根
θ一孔(kong)闆的相分離(li)系數,是ps/pt和孔(kǒng)徑比β的函數(shù);由試驗确定(ding)
√△p0一壓差方根(gen)噪聲幅值
2.2測(ce)量模型2
　　根據(jù)文獻01],申國強(qiáng)在總結各種(zhong)流型下的
　　孔(kǒng)闆壓差數據(jù)得出:
 
　　同樣運(yùn)用單一-節流(liu)件,完成了氣(qì)液兩相流量(liàng)的雙✍️參❄️數測(ce)量。
2.3.2種測量模(mo)型對比分析(xī)
　　對比兩種測(ce)量方法可以(yǐ)看出,雖然它(tā)們表達式不(bú)同,但都是✌️通(tōng)㊙️過壓差脈動(dòng)特性得出的(de)測量模型,測(ce)量機理是相(xiang)似🔴的。結👌合式(shì)（2）和式（11）整理得(de):
 
　　因爲式（3）和（10）有(you)着非常相似(si)的數學表達(da)式,根據數理(lǐ)統計知識可(kě)知它們是有(yǒu)聯系的,圖3可(kě)知,這兩張圖(tú)的中的R和x及(jí)B和x的對應關(guān)系基本一緻(zhì),所以由B代替(tì)R時,認爲它會(hui)影響θ的取值(zhí)但不會對其(qí)變化趨勢帶(dài)來過大的波(bo)動。鑒于本文(wen)是研究θ值的(de)影響因素,這(zhe)裏假設R=B。如果(guǒ)按照文獻（10）的(de)方法,那麽在(zai)此試驗數據(jù)的範圍内參(cān)數θ應爲一定(dìng)值。通過式（1）計(ji)算得到的θ值(zhí),以及用此測(ce)量值計算的(de)幹度值和相(xiang)對誤差如表(biǎo)2所示。
 
　　觀察表(biǎo)2可以看出θ的(de)測量值并不(bú)是一-定值,而(ér)且應用θ的平(ping)均值代入式(shì)（1）得出的幹度(dù)測量相對誤(wù)差很大,根本(běn)滿足不了工(gong)業生産的要(yào)求。但是在表(biao)2中發現在幹(gàn)度大于0.6時，θ的(de)取值和幹度(dù)小于0.6時的取(qu)值相💁差很多(duō),但🆚在各自的(de)區間上θ的變(biàn)化并不劇烈(lie)。通過對比文(wén)獻01]中🛀🏻的圖4和(hé)文獻{14}中的圖(tú)3可知，在幹度(dù)介于🌈0.6兩側時(shí)R和x及B和x的函(han)數關系明顯(xian)不同。于是,從(cong)新以幹度0.6爲(wèi)分界線分⛱️别(bié)求θ的平均值(zhi),然後根據式(shì)（1）求得幹度相(xiang)對測量誤差(chà)🛀🏻≤±6.2%。經過以上分(fen)析可👌以💃🏻得出(chu),文獻[7]的測量(liang)方法是正确(que)的🧡而且在幹(gàn)度變化不大(dà)的情況下，θ的(de)取值基本不(bu)受幹度的影(yǐng)響。在文獻10]中(zhong)同時給出了(le)√△Po和σ(√△P)在🚩本質.上(shàng)無區别的結(jie)論，因此測量(liàng)方法🐪不僅适(shi)用于孔闆,對(duì)其它節流件(jian)仍然适用。根(gēn)據兩種測量(liàng)方🔴法的機理(lǐ)知，文獻8]的測(ce)量模型應用(yong)于其他節流(liu)件也是适用(yòng)的。而且由式(shì)（10）和文獻11]中的(de)圖4可以看出(chū),這種計量方(fang)法相對簡單(dan),在幹度小于(yú)0.2時B和x基本是(shi)線性關系。這(zhè)對于氣液兩(liǎng)相流量測量(liàng)儀表的實現(xiàn)是非常有利(li)的。所以運用(yong)此方法,并且(qie)更換👉節流件(jian),完成單一節(jie)流件的氣液(ye)兩相🏃‍♂️流量雙(shuāng)參數測量是(shì)可💋行的。
3錐形(xing)孔闆的設計(jì)
　　對于 差壓式(shi)流量計 來說(shuō),不同節流件(jiàn)的選取,直接(jiē)影響其性能(neng)的好壞。作爲(wei)常用節流件(jiàn)的标準孔闆(pǎn),由于其易于(yu)安裝,生🚩産成(chéng)⭐本較低等優(you)點,導緻🔞目前(qian)國内大約70%的(de)差壓式流量(liang)計是以它作(zuò)爲節流件。但(dan)随着能源問(wèn)題的出⭐現,因(yin)爲其☎️結構的(de)原🐕因導緻節(jiē)流損失較大(da),越來越多的(de)行業已經放(fàng)棄了它💔的使(shi)用。如圖1示出(chū)孔闆改進前(qian)後流體流動(dòng)方向對比。從(cong)圖1中可以看(kàn)出📐通過對垂(chui)直入口進行(hang)改進後,得到(dao)的孔🔅闆流出(chu)特性較好,具(ju)有防堵、節流(liu)損失小等優(you)點。爲了确定(dìng)的入口👈錐.角(jiao),本文通過數(shu)值模拟的方(fāng)法,對3種不同(tong)入🤞口錐角的(de)錐形孔闆進(jin)行管内數值(zhi)模拟。得出不(bú)同入口錐角(jiao)的錐形孔闆(pan)流出系數與(yǔ)雷諾數的關(guan)系圖,如🧑🏽‍🤝‍🧑🏻圖2所(suǒ)示。從圖中可(ke)以得出❄️,随着(zhe)入口錐角的(de)減小，流出系(xì)數會🌏增大,但(dan)增大趨勢減(jian)弱。根據文獻(xiàn)[15],一味的增大(da)流出系數和(hé)減🆚小壓損,可(ke)能會造成計(jì)量精度的下(xià)降。
 
　　最終确定(ding)以入口錐角(jiao)爲30°的錐形孔(kong)闆爲試驗節(jiē)流件。
4試驗部(bù)分
4.1試驗裝置(zhì)及試驗條件(jiàn)
　　試驗是在東(dōng)北電力大學(xue)氣液兩相流(liu)試驗台上進(jìn)行🌏的🔱,試驗介(jie)質爲空氣和(he)水,試驗錐形(xíng)孔闆孔徑比(bǐ)爲0.67,前錐角等(děng)于30°,後錐角等(děng)于45°,過度平台(tái)長度爲2m,管徑(jìng)d爲30m,取壓方式(shi)爲,環室角接(jie)取壓。試驗流(liu)程如圖3所示(shi)。試驗參數🛀範(fan)圍:壓力:209~260kPa;質量(liang)含氣率:0.00021~0.028;溫度(du):13~15℃;總質量流量(liàng)💜3224~11546kg/h。采樣頻率爲(wèi)256Hz,采樣時間16s。
 
4.2試(shi)驗結果與分(fèn)析
　　根據測量(liàng)方法,要想進(jìn)行流量的測(ce)量,首先得求(qiu)出錐形孔闆(pan)的流出系數(shu)和林氏模型(xing)θ1的關系式,表(biǎo)3是以水爲介(jie)質得出的試(shi)驗✔️數據。
 
　　得出(chū)錐形孔闆流(liu)出系數值爲(wèi)0.84。對比圖2可以(yǐ)看出,這一結(jie)果和模拟結(jié)果很相近。說(shuō)明數值模拟(ni)方法在改進(jìn)節流件性🌈能(néng)時有很好的(de)指引效果。同(tóng)時在本試驗(yan)條件下,得出(chū)了50組氣液兩(liang)相流量🔞測量(liang)數據。根據林(lin)氏模型θ1是氣(qì)液✊密度比.的(de)函數,基于⚽本(ben)試驗溫度變(bian)化較小，所以(yǐ)以壓力對θ1進(jìn)行多項式拟(nǐ)合得到:
 
　　通過(guò)測量50組試驗(yan)數據的B和x,得(de)到B和x的關系(xì),如圖4所示。由(yóu)圖4可以🤞看出(chu)，B和x呈現單值(zhí)函數關系，而(er)不是線性關(guan)系,而且B的取(qǔ)值和文獻[1]中(zhong)的相比波動(dong)很大。出現這(zhe)一結果的主(zhu)要原因,應該(gai)是本文🌈的試(shì)驗範圍的不(bu)同。由于在幹(gàn)度大于0.1時,氣(qi)液兩相流動(dòng)主要呈現的(de)是環狀✊流,此(cǐ)種流型下,液(ye)相會在管壁(bi)處形成液膜(mó),而夾帶液滴(di)的氣相在管(guǎn)道中部高速(su)流動，導緻了(le)汽液兩相流(liú)動過程☎️的壓(yā)差波動性降(jiàng)低。而在本文(wén)試驗過程中(zhong),汽液兩相流(liu)動随着幹度(du)的增大,主要(yao)表現出氣泡(pao)流、塞狀流、彈(dan)狀流、波-彈混(hùn)狀流。根🔞據B的(de)計算式可知(zhi),當壓差波動(dòng)越劇烈時B的(de)取值越🔆大,因(yin)此流型的變(biàn)化是導🍓緻文(wen)獻11]和本文結(jié)果不同的根(gen)本原因。
 
　　幹度(du)測量誤差的(de)形成,可能是(shì)由于汽液兩(liang)相流動具有(yǒu)一定的随機(ji)性,即使幹度(dù)相同時,其它(tā)參數如:壓力(li)🏃🏻‍♂️、溫度等的💋微(wēi)小變化也可(ke)能導緻局部(bu)流動型态的(de)變化，從而引(yin)起壓差脈動(dòng)幅值的變化(hua)。所以對于同(tong)一千度也會(hui)産🥰生測量誤(wu)差。另外文獻(xiàn)01]中的測🆚量方(fang)法認爲壓差(cha)瞬時參數與(yu)時均參數的(de)規律相同,而(ér)并未嚴格證(zheng)明,這也可能(neng)是測量誤差(cha)形成的原因(yīn)。
　　由式（11）、（16）和（17）計算(suàn)得到的流量(liàng)測量相對誤(wu)差≤±9.7%,如圖6所示(shì)爲計算⛹🏻‍♀️流☔量(liang)和實.際流量(liàng)對比。
 
　　本文是(shi)通過壓力對(duì)參數θ1拟合的(de)，并不是嚴格(ge)以氣液密❗度(dù)比來拟合θ1,,另(ling)外本文試驗(yan)條件幹度小(xiǎo)于0.1,氣液兩相(xiàng)流動的型态(tai)變化較多,而(ér)林氏模型較(jiào)适合用于幹(gàn)度大于0.1的試(shi)驗條件,這可(ke)能是流量測(ce)量誤差較大(dà)的原因。若能(neng)基于流型來(lái)拟合θ1,測量誤(wu)差是♋可以減(jiǎn)小的。
5結論
(1)通(tōng)過對2種測量(liang)模型的數學(xue)表達式及部(bu)分試驗結果(guǒ)分析後,得出(chū)2種測量方法(fa)是有聯系的(de)，在較爲合理(li)假設基礎上(shang)重新驗證了(le)模型1的正确(que)性。由兩者内(nèi)在關系知,這(zhe)也能間接證(zheng)明模型2的合(hé)理性;
2)根據文(wen)獻10]中模型應(yīng)用範圍推廣(guǎng)的結論:,得出(chu)文獻[8]的測量(liàng)方法💰同樣适(shì)用于其他節(jiē)流件;
(3)結合數(shu)值模拟方法(fa)和試驗研究(jiu)，設計了--種節(jiē)流損失小、防(fang)✌️堵功能強的(de)錐形孔闆并(bìng)将其應用到(dào)實際流量測(ce)量中;
(4)通過本(ben)文試驗研究(jiu)得到了文獻(xian)01]中千度小于(yú)0.1時B和x的關系(xi)式,爲此種測(cè)量方法應用(yong)範圍的拓寬(kuān)提供⛹🏻‍♀️了參考(kao)依👣據;
(5)在試驗(yàn)條件範圍内(nei),借鑒文獻11]的(de)測量方法,同(tong)時，應💃🏻用本㊙️文(wen)設計的錐形(xíng)孔闆,實現了(le)運用單一節(jiē)流件測量汽(qì)液🏃兩相流量(liàng)的雙參數測(cè)量。

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