1引言(yán)
　　對氣液兩(liang)相流量測(cè)量方法的(de)研究,一直(zhi)是國.内許(xǔ)多學🔱者的(de)工💃🏻作重點(dian)。由于氣液(yè)兩相流量(liàng)計 量不同(tong)于單向流(liu),因此對其(qi)流量的測(ce)量又分爲(wei)單🌐參數✨測(cè)量和雙參(cān)數測量。其(qi)中比較典(dian)型的單參(cān)數測量方(fāng)法有Lin模型(xíng)、三通模型(xing)、Yue模型等，然(ran)而大多數(shù)情況,對氣(qi)液兩相流(liú)量計量需(xū)要雙參數(shù)😘計量,如凝(níng)析天然氣(qì)在輸送過(guo)程⚽中的計(ji)量問題,從(cóng)而雙參數(shù)計量對工(gōng)業生産具(jù)有更重要(yào)的意義。
　　氣(qì)液兩相流(liu)量的雙參(can)數測量方(fāng)法較多,按(an)其測量🈲方(fāng)❓法🍓大緻可(kě)分爲分流(liu)分相法、單(dān)相流量計(ji)組合法、軟(ruǎn)測量方法(fǎ)、利用差壓(ya)脈動特性(xing)測量法。其(qí)中利用差(cha)壓脈動特(tè)性測量法(fǎ),是由單一(yi)孔闆節流(liu)件,完成🆚的(de)雙參數測(cè)量,這在國(guó)内衆多雙(shuang)參數測量(liang)方法中是(shì)比較有特(te)色的。但由(you)于标準孔(kǒng)闆的節流(liú)損失較🧡大(dà),而且孔闆(pan)銳👄邊易磨(mó)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(háng)了改進,并(bing)結合此測(cè)量方法♌,實(shí)現了汽液(ye)兩相流量(liang)雙參數測(ce)量。
2流量測(cè)量理論模(mó)型
2.1測量模(mo)型1
　　氣液兩(liang)相流量雙(shuāng)參數測量(liang)模型爲:
 
式(shì)中x一幹度(du)
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(xi)數
√△p一孔闆(pan)兩側的壓(ya)差方根
θ一(yi)孔闆的相(xiàng)分離系數(shu),是ps/pt和孔徑(jìng)比β的函數(shù);由試驗✨确(que)定
√△p0一壓差(chà)方根噪聲(sheng)幅值
2.2測量(liàng)模型2
　　根據(ju)文獻01],申國(guó)強在總結(jié)各種流型(xing)下的
　　孔闆(pan)壓差數據(ju)得出:
 
　　同樣(yàng)運用單一(yī)-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(ce)量模型對(duì)比分析
　　對(dui)比兩種測(cè)量方法可(kě)以看出,雖(sui)然它們表(biao)達式不同(tóng),但都是🎯通(tong)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(ju)數理統計(jì)知識可知(zhī)它們是有(you)聯系的,圖(tu)3可知,這兩(liǎng)張圖的中(zhong)的R和x及B和(hé)x的對應關(guān)系基本一(yi)緻,所以由(yóu)B代替R時,認(ren)爲它會影(ying)響θ的取值(zhí)但不會對(duì)其變化趨(qu)勢帶來過(guo)大的波動(dong)。鑒于本文(wén)是研究θ值(zhi)的影響因(yin)素,這裏假(jia)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(fàn)圍内參數(shu)θ應爲一定(ding)值。通過式(shì)（1）計算得到(dao)的θ值,以及(ji)用此測量(liang)值計算的(de)幹度值和(hé)相對誤差(chà)如表2所示(shi)。
 
　　觀察表2可(kě)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(jun)值代入式(shì)（1）得出的幹(gan)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(fa)現在幹⭕度(dù)大于0.6時，θ的(de)取值和幹(gan)度小于0.6時(shi)的取值相(xiàng)☎️差很多,但(dan)🚶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(he)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(yu)是,從新以(yi)幹度0.6爲分(fèn)界線分✍️别(bié)求θ的平均(jun1)值,然⭐後根(gēn)據式（1）求得(dé)幹度相對(duì)測量誤差(cha)≤±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(zai)♍幹度變化(hua)不大的情(qíng)況下，θ的取(qu)值基本不(bu)受幹度的(de)影響。在文(wen)獻10]中同時(shi)🐆給出了√△Po和(hé)σ(√△P)在本質.上(shàng)無區别的(de)結論，因此(ci)測量方法(fǎ)🔆不僅适用(yong)于孔闆,對(duì)其它節流(liu)件仍然适(shì)用。根據兩(liang)種測量方(fāng)法的機理(li)知，文獻8]的(de)測量模型(xing)💃🏻應用于其(qi)他節流件(jian)也是适用(yòng)的。而且由(yóu)式（10）和文獻(xian)11]中的圖4可(ke)🌈以看出,這(zhe)種計量方(fāng)法相對簡(jiǎn)單,在幹度(dù)小于0.2時B和(he)x基本是線(xian)性關系。這(zhe)對于氣液(ye)兩相流量(liang)㊙️測量儀表(biao)的實現是(shi)非常有利(li)的。所以運(yùn)用此方法(fa),并⭐且更換(huàn)節流件,完(wán)成單一節(jie)流件的氣(qi)液兩🆚相流(liu)量雙參數(shu)測量是可(ke)🌈行的。
3錐形(xing)孔闆的設(she)計
　　對于 差(cha)壓式流量(liàng)計 來說,不(bu)同節流件(jiàn)的選取,直(zhí)接影響其(qi)性能的好(hao)壞。作爲☂️常(cháng)🌈用節🌂流件(jian)的标準孔(kong)闆,由于其(qi)易于安裝(zhuāng),生産成本(běn)較低等優(yōu)點🌈,導緻目(mu)前國内大(da)約70%的差壓(ya)式流量計(ji)是以它作(zuo)爲節流件(jian)。但随着能(néng)源問題的(de)出現,因爲(wei)其結構的(de)原因導緻(zhi)節流損失(shī)較大,越來(lai)越🈲多的行(háng)業已🔞經放(fàng)棄了它的(de)使用。如圖(tu)1示出孔闆(pan)改🔞進前後(hou)流體流動(dòng)方向對比(bi)。從❄️圖1中可(kě)以看出通(tong)過對垂直(zhí)入口進行(hang)改進後,得(dé)到的孔闆(pan)流出特性(xìng)較❌好🏃‍♂️,具有(yǒu)防堵、節流(liu)損☀️失小等(děng)優點。爲了(le)确定的入(ru)口錐.角,本(ben)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(zhui)形孔闆進(jìn)行管内數(shu)值模拟。得(de)出不同入(rù)口🐅錐角的(de)錐形🈲孔闆(pǎn)流出系數(shù)與雷諾數(shù)的關系圖(tú),如圖2所示(shi)。從圖中可(kě)以得出,随(suí)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(wei)的增大流(liú)出系數🈲和(he)減小壓損(sun),可能會造(zào)成計量精(jīng)度的下降(jiàng)。
 
　　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(yan)條件
　　試驗(yan)是在東北(běi)電力大學(xué)氣液兩相(xiàng)流試驗台(tai)上進行的(de),試驗介質(zhi)爲空氣和(hé)水,試驗錐(zhuī)形孔闆孔(kǒng)徑比爲0.67,前(qian)錐角等于(yú)✊30°,後錐☁️角等(deng)于45°,過度平(ping)台長度爲(wei)2m,管徑d爲30m,取(qu)壓🏃🏻‍♂️方式爲(wèi),環室角接(jie)取壓。試驗(yàn)流程如圖(tú)3所示📞。試驗(yàn)參數範圍(wéi):壓力🏒:209~260kPa;質量(liàng)含氣率:0.00021~0.028;溫(wen)度:13~15℃;總⭕質量(liang)流量3224~11546kg/h。采樣(yang)頻率爲256Hz,采(cǎi)樣時間16s。
 
4.2試(shì)驗結果與(yǔ)分析
　　根據(ju)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(liú)出系數和(he)林氏模型(xing)θ1的關系式(shì),表3是⚽以水(shui)爲介質得(de)出的試驗(yan)數據。
 
　　得出(chu)錐形孔闆(pǎn)流出系數(shu)值爲0.84。對比(bǐ)圖2可以看(kàn)出,這一結(jie)果和模拟(nǐ)結果很相(xiàng)近。說明數(shu)值模拟方(fang)法在改進(jìn)💜節流件性(xing)能時有很(hen)✍️好的指引(yin)效果。同時(shí)在本試驗(yan)條件下,得(de)出了50組氣(qi)液兩相流(liu)量測量數(shù)據。根據林(lin)氏模😍型θ1是(shì)氣液密度(du)比.的🏃函數(shù),基于本試(shi)驗溫度變(bian)化較小🔞，所(suo)以以壓力(lì)對θ1進行多(duo)項式拟合(hé)得到🤞:
 
　　通過(guo)測量50組試(shi)驗數據的(de)B和x,得到B和(hé)x的關系,如(ru)圖4所示。由(yóu)圖🔴4可以看(kan)出，B和x呈現(xiàn)單值函數(shù)關系，而不(bu)是線💘性關(guān)系,而且B的(de)💘取值和文(wen)獻[1]中的相(xiang)比波動很(hen)大。出現這(zhe)一結果的(de)主要原因(yin),應該是本(ben)文的試驗(yan)範圍的不(bú)同。由于在(zai)幹度大于(yú)0.1時,氣液兩(liang)相流🈲動主(zhǔ)要呈現的(de)是環狀流(liú),此種流型(xing)下,液相會(huì)在管壁處(chù)形成❗液膜(mó),而夾帶液(yè)滴的氣相(xiang)在管道中(zhong)部高速流(liú)動，導緻了(le)汽液兩相(xiang)流動過程(chéng)的壓差波(bo)動性降低(di)。而在本文(wén)試驗過程(chéng)中,汽液兩(liang)相流動随(suí)着幹🏃🏻‍♂️度的(de)增大,主要(yào)表現出氣(qì)泡流、塞狀(zhuang)流、彈狀流(liu)、波-彈混狀(zhuàng)流。根據B的(de)計算式可(ke)知,當壓差(cha)波動越劇(jù)烈時B的取(qu)值越大,因(yīn)此流型的(de)變化是導(dao)緻文獻11]和(hé)本文結果(guo)不同的根(gen)本原因。
 
　　幹(gan)度測量誤(wù)差的形成(cheng),可能是由(yóu)于汽液兩(liǎng)相流動具(ju)🤩有一定的(de)随機性,即(ji)使幹度相(xiang)同時,其它(ta)參數如☀️:壓(ya)力、溫度等(děng)的微小變(biàn)化也可能(néng)導緻局部(bù)流動型态(tài)的變化，從(cong)而🏃‍♂️引起壓(ya)✔️差脈動幅(fu)值的變化(hua)。所以對于(yú)同一千🔅度(du)也會産生(shēng)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(shi)均參㊙️數的(de)規律相同(tóng),而并未嚴(yan)格證明,這(zhè)也可能是(shi)測量誤差(chà)形成的原(yuán)因。
　　由式（11）、（16）和(he)（17）計算得到(dao)的流量測(cè)量相對誤(wù)差≤±9.7%,如圖6所(suǒ)示爲計算(suàn)流量和實(shi).際流量對(duì)比。
 
　　本文是(shì)通過壓力(li)對參數θ1拟(nǐ)合的，并不(bú)是嚴格以(yǐ)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(yu)0.1,氣液兩相(xiàng)流動的型(xíng)态變化較(jiào)多,而林氏(shi)模型較适(shì)合用于幹(gan)度大于0.1的(de)試驗條件(jian),這可能是(shi)流量測量(liang)誤💃差較大(da)的原因。若(ruo)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(jie)果分析後(hòu),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(xīn)驗證了模(mo)型1的正确(que)性。由兩者(zhě)内在關系(xi)知,這也能(néng)間接證明(míng)模型2的合(hé)理性;
2)根據(jù)文獻10]中模(mó)型應用範(fan)圍推廣的(de)結論:,得出(chu)文獻🌍[8]的測(ce)量方法同(tong)樣适用于(yú)其他節流(liú)件;
(3)結合數(shu)值模拟方(fāng)法和試驗(yàn)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(qí)應用到實(shi)際流量測(ce)量中;
(4)通過(guo)本文試驗(yàn)研究得到(dao)了文獻01]中(zhōng)千度小于(yu)0.1時B和x的關(guān)系式,爲此(cǐ)種測量方(fang)法應用範(fàn)圍的拓寬(kuan)提供了參(can)💁考依據;
(5)在(zài)試驗條件(jian)範圍内,借(jie)鑒文獻11]的(de)測量方法(fǎ),同時，應用(yong)本文🧑🏽‍🤝‍🧑🏻設計(ji)的錐形孔(kǒng)闆,實現了(le)運用單一(yī)節流件測(ce)量汽液🐉兩(liǎng)相流量的(de)雙參數測(ce)量。

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