摘要:闡述(shù)了渦輪流(liú)量計 的工(gong)作原理和(he)動态特性(xing),建立了渦(wō)輪流量計(ji)的多相流(liú)測量模型(xing),并在多相(xiàng)流模拟裝(zhuāng)置中進行(hang)了實驗驗(yan)📐證,得出了(le)流體密度(dù)是渦輪流(liu)量計在測(ce)量多相流(liú)的流量時(shi)的影響因(yīn)子，并且讨(tao)論了流體(ti)密度影響(xiang)多相流的(de)流量測量(liàng)的規🌐律。
　　在(zai)油田生産(chǎn)過程參數(shù)(如溫度、壓(ya)力等)檢測(cè)中，以流量(liang)和各相持(chí)率測量複(fu)雜,是較難(nán)測量的兩(liang)個參數,因(yin)而☁️,引起了(le)工程技術(shu)人員的興(xìng)趣.随着油(you)田的發展(zhǎn),被測🏃‍♀️對象(xiàng)不再局限(xian)于單相流(liú)，而要對多(duō)相流、混合(hé)狀态的流(liu)量進行💛測(ce)量。測量多(duō)相流的💔技(ji)術難度要(yao)比單相流(liú)😘體的正确(que)測量大的(de)多,知道單(dan)相流體的(de)密度、粘度(du)及測量裝(zhuang)置的幾💃何(hé)結構，便可(ke)以對單.相(xiang)流進行定(dìng)量分析。如(rú)果能利用(yòng)多🌈相流中(zhong)每一相的(de)上述各物(wu)理量對多(duō)相流進行(háng)測量🆚的話(huà)，就很方☀️便(bian)。但很遺🔞憾(han)的是,多相(xiang)流體的特(te)性遠比單(dan)相💘流體👈的(de)特性複雜(zá)的多👨‍❤️‍👨，如各(ge)組分之間(jian)不能均勻(yún)混合、混合(hé)流體的異(yi)📞常性、流型(xíng)轉變，相對(duì)速度、流體(tǐ)性質、管📧道(dao)結構、流動(dong)方向等因(yin)素将導緻(zhì)渦輪流量(liang)傳感器響(xiǎng)應特性🌈的(de)改變"
　　在單(dan)相流的條(tiao)件下，渦輪(lun)的轉速和(he)流經它的(de)體積流量(liang)成一單值(zhi)線性函數(shu),在油水兩(liǎng)相流中，隻(zhi)要流量超(chāo)👄過始動流(liu)量,在允許(xǔ)的誤差範(fàn)圍内,渦輪(lún)的響應和(hé)體積流量(liang)也是成線(xiàn)性函數。
　　但(dan)在多相流(liú)動中，即使(shǐ)在總流量(liang)保持不變(biàn)的情況下(xià)，混⛹🏻‍♀️合流體(ti)的密度發(fā)生變化，也(ye)會引起渦(wo)輪轉速的(de)很大變化(huà)。本文就此(ci)問題,通過(guo)對渦輪流(liú)量計的工(gōng)作原理和(hé)特性分析(xi)，闡述了在(zai)測量💋多相(xiàng)流時的流(liu)量影響因(yīn)子，并進行(hang)了實驗驗(yan)證。
1工作原(yuán)理及數學(xué)模型建立(li)
　　渦輪流量(liàng)計是一種(zhǒng)速度式儀(yi)表,它是以(yi)動量矩守(shou)恒原理爲(wèi)基礎的，流(liu)體沖擊渦(wo)輪葉片,使(shi)渦輪旋轉(zhuan),渦輪的旋(xuán)轉速度随(sui)流量的變(bian)化而變化(hua)，最後從渦(wō).輪的轉🈲數(shu)求出流量(liang)值，通過磁(ci)電轉換裝(zhuang)置(或機械(xie)輸出裝置(zhi))将渦輪轉(zhuǎn)速變化成(chéng)🐆電脈沖,送(song)入二次儀(yi)表進行計(jì)算和顯示(shi)，由單位時(shí)間電脈沖(chong)數和累計(jì)電脈沖數(shu)反⭐映出瞬(shùn)時流量和(he)累計流量(liàng)(見圖1)
 
　　所(suǒ)以,由動量(liàng)矩定理可(kě)知，渦輪的(de)運動微分(fen)方程爲:
 
　　式(shì)中:J爲渦輪(lún)的轉動慣(guàn)量;w爲渦輪(lún)的旋轉角(jiǎo)速度;∑M爲作(zuò)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用在渦輪(lún)上的合力(lì)矩。
　　在正常(chang)工作條件(jian)下，可認爲(wei)管道内的(de)流體流量(liang)不随時間(jiān)變化，即渦(wo)輪以恒定(ding)的角速度(du)ω旋轉,這樣(yang)就有
那麽(me)渦輪的運(yun)動微分方(fang)程變爲：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這(zhe)裏把∑M分成(chéng)了兩部分(fèn),即驅動渦(wō)輪旋轉的(de)驅動力矩(jǔ)M和阻🙇🏻礙渦(wō)😘輪旋轉的(de)各種阻力(li)矩∑Mi。通過分(fèn)析計算,驅(qu)動🔴力矩㊙️爲(wei)
 
　　式中:θ爲葉(ye)片與軸線(xian)之間的夾(jiá)角;r爲渦輪(lun)平均半徑(jing);A爲管👨‍❤️‍👨道流(liu)通面積;ρ爲(wèi)流體密度(dù);ω爲渦輪的(de)旋轉角速(sù)度;qv爲通過(guò)管道♈的流(liu)量。
　　将式(3)代(dai)入(2)中得:
 
2渦(wō)輪流量計(jì)的特性分(fen)析
　　由式(5)和(hé)式(6)可見:當(dang)流體的粘(zhān)度增大時(shí),渦輪的轉(zhuan)動角㊙️速度(dù)變小;當流(liu)體密度變(biàn)大時,渦輪(lún)的轉動角(jiao)速度也随(suí)之增大。在(zai)流體速度(dù)較小(相當(dāng)于層流狀(zhuang)态🤩)時,渦輪(lun)的頻率響(xiang)應非線性(xing),且受流體(ti)性質變化(hua)影💃🏻響較大(dà);當流體速(sù)度較高(相(xiàng)當于湍流(liú)狀态)時,式(shì)變小，渦輪(lún)響應近似(sì)線性,儀器(qi)常數K基本(ben)上不受流(liu)體👄粘度變(bian)化影響。
　　渦(wō)輪啓動時(shí),要克服較(jiào)大的機械(xiè)靜摩擦力(li),因此需要(yào)👈較大始動(dòng)🈲流量。渦輪(lún)以--定的速(sù)度轉動起(qi)來以後☎️,需(xū)要🏃‍♂️機械動(dong)摩擦力和(hé)流體流動(dong)阻力,轉動(dong)阈值qVmin與p0.5成(cheng)反比，流體(tǐ)密度越大(dà)，qVmin越小。這種(zhǒng)情況對于(yú)密度變化(huà)小的液體(ti)來說，影👌響(xiang)不大，可視(shì)爲常數。但(dan)對于多相(xiang)流體來說(shuō),由于溫度(du)、壓力和分(fèn)相含率的(de)變化，引🛀起(qǐ)p變化,從而(ér)影響qVmin。
3實驗(yan)結果分析(xi)
　　實驗在以(yi)水和空氣(qi)爲介質的(de)流動模拟(ni)裝置中進(jin)行，實驗中(zhōng)在🌂氣體流(liu)量固定的(de)前提下，逐(zhu)漸增大水(shui)🔱的流量,測(ce)量渦輪的(de)響應值。增(zeng)大氣體的(de)流量,複上(shang)述操作✍️,得(dé)到了下面(mian)的渦輪響(xiǎng)應圖版，其(qi)中流量爲(wei)氣液的合(hé)流量。圖中(zhōng)📐氣體流量(liàng)爲零時，流(liú)體的密度(dù)✔️最大,測得(de)的響應曲(qǔ)線各流量(liang)響應值最(zuì)大。由于氣(qì)流量增大(dà)時，測得流(liú)體密度和(hé)🚶粘度都變(biàn)小，由式(5)和(hé)🚶‍♀️式(6)推得渦(wō)輪的轉動(dong)角速度也(yě)随之變小(xiǎo)，所以随着(zhe)流體密度(du)的減小，qVmin增(zeng)大。
 
4結論
　　通(tōng)過實驗驗(yan)證，我們可(kě)以得出如(rú)下的結論(lun):1渦輪流量(liang)🍉計在測量(liàng)多相流的(de)流量時，在(zai)總流量保(bǎo)持不.變的(de)情💯況下💁，流(liú)體的密度(dù)發生變化(hua)也會引起(qǐ)渦輪轉速(su)的很大變(biàn)化⚽。④渦輪流(liú)量計的始(shi)動流量随(sui)多相流體(ti)密度的增(zeng)大而減小(xiǎo)。
　　從以上得(de)出的結論(lun)可知,渦輪(lún)流量計在(zài)測量多相(xiang)流體的📞流(liú)量的時候(hòu),流體的密(mi)度是影響(xiǎng)測量精度(dù)✉️的主♍要因(yin)素。

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