1引言
　　對(dui)氣液兩(liang)相流量(liàng)測量方(fang)法的研(yán)究,一直(zhí)是國.内(nèi)許多🈚學(xué)👅者的工(gōng)作重點(dian)。由于氣(qi)液兩相(xiàng)流量計(ji) 量不同(tóng)于單向(xiàng)流,因此(ci)對其流(liu)量的測(ce)量又分(fèn)爲單參(cān)數測⭐量(liàng)和雙參(cān)數測量(liàng)。其中比(bǐ)較典型(xíng)的單參(cān)數測量(liàng)🐕方法有(you)Lin模型、三(sān)♈通模型(xíng)、Yue模型等(deng)，然而大(da)多數情(qíng)況,對氣(qi)液兩相(xiàng)流量計(jì)量需要(yào)雙參數(shù)☀️計量,如(rú)凝析天(tian)然氣在(zai)輸送過(guò)程🐅中的(de)計量問(wèn)題,從而(er)🧡雙參數(shu)計量對(duì)工業生(sheng)産具有(you)更重📧要(yao)的意義(yi)。
　　氣液兩(liang)相流量(liàng)的雙參(can)數測量(liàng)方法較(jiào)多,按其(qí)測量方(fang)法大緻(zhi)可分爲(wèi)分流分(fen)相法、單(dān)相流量(liang)計組合(hé)法、軟測(cè)量方法(fǎ)、利用差(chà)壓脈動(dong)特性測(cè)量法。其(qi)中利用(yòng)差壓脈(mò)動特性(xìng)測量法(fa),是由單(dān)一孔闆(pǎn)節流件(jian),完成的(de)雙參數(shù)測量,這(zhè)在國内(nei)衆多雙(shuang)參數測(cè)量方法(fǎ)中是比(bǐ)較有特(te)⛷️色的。但(dan)由于标(biao)準孔闆(pǎn)的節流(liu)損失較(jiao)♋大,而且(qiě)孔闆銳(rui)邊易磨(mo)損和堵(du)🌈塞等缺(quē)點,限制(zhì)☀️這一方(fāng)法在某(mou)些領域(yu)📞的應用(yong)。基于以(yǐ)上原因(yin),本文對(dui)标準孔(kong)闆進行(háng)了改進(jìn),并結合(hé)此測量(liang)方法,實(shí)現了汽(qì)液兩相(xiàng)流✨量雙(shuang)參數測(cè)量。
2流量(liang)測量理(li)論模型(xíng)
2.1測量模(mó)型1
　　氣液(yè)兩相流(liú)量雙參(can)數測量(liang)模型爲(wei):
 
式中x一(yī)幹度
A一(yī)孔闆流(liu)通面積(jī),m2
W一質量(liang)流量,kg/h.
g、l一(yī)氣相、液(yè)相
ρ一密(mì)度,kg/m³
C一流(liú)出系數(shu)
√△p一孔闆(pǎn)兩側的(de)壓差方(fāng)根
θ一孔(kǒng)闆的相(xiang)分離系(xì)數,是ps/pt和(hé)孔徑比(bi)β的函數(shù);由試驗(yan)确定
√△p0一(yi)壓差方(fang)根噪聲(sheng)幅值
2.2測(ce)量模型(xíng)2
　　根據文(wen)獻01],申國(guo)強在總(zong)結各種(zhǒng)流型下(xia)的
　　孔闆(pǎn)壓差數(shù)據得出(chū):
 
　　同樣運(yùn)用單一(yi)-節流件(jiàn),完成了(le)氣液兩(liang)相流量(liàng)的雙♊參(can)數測量(liàng)。
2.3.2種測量(liang)模型對(duì)比分析(xī)
　　對比兩(liang)種測量(liàng)方法可(kě)以看出(chū),雖然它(ta)們表達(da)式不同(tong),但都是(shi)通過壓(yā)差脈動(dòng)特性得(dé)出的測(cè)量模型(xíng),測量機(ji)理是相(xiàng)似的。結(jie)合式（2）和(hé)式（11）整理(li)得:
 
　　因爲(wèi)式（3）和（10）有(yǒu)着非常(cháng)相似的(de)數學表(biǎo)達式,根(gen)據數理(lǐ)統計知(zhī)識可知(zhi)它們是(shi)有聯系(xì)的,圖3可(ke)知,這兩(liǎng)張圖的(de)中的R和(hé)x及B和x的(de)對應關(guan)系基本(ben)一緻,所(suo)以由B代(dai)替R時,認(rèn)爲它會(huì)影響θ的(de)取值但(dàn)不會對(duì)其變化(hua)趨勢帶(dài)來過大(dà)的波動(dòng)。鑒于本(ben)文是研(yan)究θ值的(de)影響因(yīn)素,這裏(li)假設R=B。如(rú)果按照(zhao)文獻（10）的(de)方法,那(na)麽在此(cǐ)試驗數(shù)據的範(fan)圍内參(cān)數θ應爲(wèi)一定值(zhí)。通過式(shi)（1）計算得(de)到的θ值(zhí),以及用(yòng)此測量(liàng)值計算(suàn)的幹度(du)值和相(xiang)對誤差(cha)如表2所(suǒ)示。
 
　　觀察(cha)表2可以(yǐ)看出θ的(de)測量值(zhí)并不是(shì)一-定值(zhí),而且應(yīng)用θ的平(píng)均💔值代(dài)入式（1）得(de)出的幹(gàn)度測量(liàng)相對誤(wù)差很大(dà),根😍本滿(mǎn)足不了(le)工業生(sheng)産的要(yao)求。但是(shì)在表2中(zhong)發現在(zài)幹度大(dà)于⛹🏻‍♀️0.6時，θ的(de)取值和(hé)幹度小(xiǎo)于0.6時的(de)取值相(xiàng)差很多(duō),但♻️在各(ge)自的區(qu)間上θ的(de)😍變化并(bing)不🈲劇烈(liè)。通過對(dui)比文獻(xian)01]中的圖(tú)4和文獻(xian){14}中的圖(tú)3可知，在(zai)幹度介(jiè)于0.6兩側(ce)時R和x及(ji)B和x的函(hán)數關系(xì)明顯不(bú)同。于是(shì),從新以(yi)幹度0.6爲(wèi)分界線(xiàn)分别求(qiu)θ的✊平均(jun)值,然後(hou)根據式(shi)（1）求得🚶幹(gàn)度相對(duì)測量誤(wu)差≤±6.2%。經過(guò)以上分(fèn)析可以(yi)得出,文(wen)獻[7]的測(ce)量方🤞法(fǎ)是正确(que)的而且(qiě)在幹度(dù)變化不(bú)大的情(qíng)🆚況下，θ的(de)取值基(jī)本不受(shòu)幹度的(de)影響。在(zai)文獻10]中(zhong)同時給(gěi)出了√△Po和(he)σ(√△P)在本質(zhì).上無區(qū)别的結(jié)論，因此(cǐ)測量方(fang)法♌不僅(jǐn)适用于(yu)孔闆,對(dui)其它節(jiē)流件仍(reng)然适用(yong)。根據兩(liang)種測量(liàng)方法的(de)機理知(zhī)，文獻8]的(de)測量模(mó)型應用(yòng)于其他(tā)節流件(jiàn)也是适(shì)用的。而(er)且由式(shi)（10）和文獻(xiàn)11]中的圖(tú)4可🔱以看(kàn)出,這種(zhǒng)計量方(fāng)法相對(dui)簡單,在(zài)幹度小(xiǎo)于0.2時B和(he)x基本是(shi)線性關(guān)系。這對(duì)于氣液(ye)兩相流(liú)量🔞測量(liàng)儀表🌂的(de)實現是(shi)非常有(yǒu)利的。所(suo)以運用(yòng)此方法(fǎ),并且更(geng)換🥵節流(liu)件,完成(cheng)單一節(jie)流件的(de)氣液兩(liǎng)㊙️相🤟流量(liàng)雙參數(shu)測量是(shì)可行的(de)。
3錐形孔(kong)闆的設(she)計
　　對于(yu) 差壓式(shì)流量計(jì) 來說,不(bu)同節流(liu)件的選(xuǎn)取,直接(jiē)影響其(qi)性能的(de)好壞。作(zuò)💋爲常用(yong)節流件(jiàn)的标準(zhun)孔闆,由(yóu)于其易(yi)于安裝(zhuāng),生産成(chéng)本較低(dī)等♈優點(dian),導緻目(mu)前國内(nei)大約70%的(de)差壓式(shi)流量計(jì)♋是以它(tā)作爲節(jie)流件。但(dàn)随着能(néng)源問題(ti)的出現(xiàn),因爲其(qí)結構的(de)原因導(dǎo)緻節流(liú)損失較(jiào)大,越來(lái)越🌐多的(de)行業已(yi)經放棄(qì)了它的(de)使用。如(rú)圖1示出(chu)孔闆改(gai)☂️進前後(hòu)流體流(liú)動方向(xiàng)對比。從(cóng)💜圖1中可(ke)以看出(chū)通過對(dui)垂直入(rù)口進行(háng)改進後(hòu),得到的(de)孔闆流(liu)出特性(xing)較🐆好,具(jù)有防堵(dǔ)、節流損(sǔn)失小等(deng)優點。爲(wèi)了确定(ding)的入口(kǒu)錐.角,本(ben)文通過(guò)數值模(mó)拟的方(fang)法,對3種(zhong)不同入(rù)口錐角(jiǎo)的錐形(xíng)孔闆進(jìn)🔅行管内(nèi)數值模(mo)拟。得出(chu)不同入(rù)口錐角(jiǎo)的錐形(xíng)🔴孔闆流(liu)出系數(shu)與雷諾(nuo)數的關(guan)系圖,如(ru)圖2所㊙️示(shì)。從圖中(zhōng)可以得(de)出,随着(zhe)入口錐(zhui)角的減(jiǎn)小，流👈出(chu)系數會(huì)增大,但(dàn)增大趨(qū)勢減弱(ruo)。根據文(wen)獻[15],一味(wèi)的增大(dà)流出系(xi)數和減(jian)小壓損(sun),可能會(hui)造成計(ji)量精度(du)的下降(jiang)。
 
　　最終确(que)定以入(rù)口錐角(jiǎo)爲30°的錐(zhuī)形孔闆(pan)爲試驗(yàn)節流件(jiàn)。
4試驗部(bù)分
4.1試驗(yan)裝置及(jí)試驗條(tiao)件
　　試驗(yàn)是在東(dong)北電力(lì)大學氣(qì)液兩相(xiàng)流試驗(yàn)台上進(jìn)行的,試(shi)驗介質(zhì)爲空氣(qì)和水,試(shì)驗錐形(xing)孔闆孔(kong)徑比爲(wei)0.67,前錐角(jiǎo)等于🤞30°,後(hou)錐✂️角等(děng)于45°,過度(dù)平台長(zhang)度爲2m,管(guǎn)徑d爲30m,取(qu)壓方式(shi)爲,環室(shì)角接取(qu)壓。試驗(yàn)流程如(ru)圖3所示(shi)。試驗參(can)數範圍(wei):壓力:209~260kPa;質(zhì)量含氣(qi)率:0.00021~0.028;溫度(dù):13~15℃;總質量(liàng)流量⭕3224~11546kg/h。采(cai)樣頻率(lǜ)爲256Hz,采樣(yàng)時間16s。
 
4.2試(shi)驗結果(guo)與分析(xī)
　　根據測(ce)量方法(fa),要想進(jin)行流量(liàng)的測量(liàng),首先得(dé)求出錐(zhui)形孔闆(pan)的流出(chū)系數和(hé)林氏模(mo)型θ1的關(guan)系式,表(biǎo)3是以水(shui)♈爲介質(zhì)得出的(de)試驗🐪數(shù)據。
 
　　得出(chu)錐形孔(kong)闆流出(chū)系數值(zhí)爲0.84。對比(bi)圖2可以(yi)看出,這(zhè)👉一結果(guo)和模拟(nǐ)結果很(hen)相近。說(shuō)明數值(zhí)模拟方(fang)法在改(gai)進節流(liú)件性能(néng)時有很(hen)💃好的指(zhǐ)引效果(guo)。同時在(zai)本🍓試驗(yan)條件下(xia),得出了(le)50組氣液(ye)兩相流(liu)量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測量(liàng)數據。根(gen)據林氏(shì)模型θ1是(shi)氣液密(mi)度比.的(de)函數,基(jī)于本試(shi)驗溫🧑🏾‍🤝‍🧑🏼度(du)變化較(jiao)小，所以(yi)以壓力(lì)對θ1進行(háng)多項式(shi)拟合得(dé)到😘:
 
　　通過(guo)測量50組(zǔ)試驗數(shu)據的B和(hé)x,得到B和(hé)x的關系(xi),如圖4所(suǒ)示💚。由圖(tu)💞4可以💃🏻看(kan)出，B和x呈(chéng)現單值(zhí)函數關(guān)系，而不(bú)是線性(xìng)關系,而(ér)且B的取(qǔ)值和文(wén)獻[1]中的(de)相比波(bō)動很大(da)。出現這(zhè)一結果(guo)的主要(yao)原因,應(yīng)該是本(ben)文💃🏻的試(shi)驗範圍(wéi)的不同(tóng)。由于在(zài)幹度㊙️大(da)于0.1時,氣(qi)液兩相(xiàng)流🈲動主(zhǔ)要呈🔅現(xian)的是環(huán)狀🔴流,此(ci)種流型(xíng)下,液相(xiàng)會在管(guan)壁處形(xíng)成液膜(mo),而夾帶(dai)液滴的(de)氣相在(zai)管道中(zhōng)部高速(su)流動，導(dao)緻了汽(qi)液兩相(xiàng)流動過(guo)程的壓(yā)差波🈲動(dong)性降低(dī)。而在本(ben)文試驗(yàn)過程中(zhong),汽液兩(liang)相流動(dong)随着幹(gàn)度的增(zeng)大,主要(yao)表現出(chū)氣泡流(liu)、塞狀流(liu)、彈狀流(liú)、波-彈混(hun)狀流。根(gen)據B的計(jì)算式可(ke)知🚶‍♀️,當壓(ya)差波動(dong)越劇烈(lie)時B的取(qu)值越大(da),因此流(liu)型⁉️的變(biàn)化是導(dao)緻文獻(xiàn)11]和本文(wen)結果不(bu)同✌️的根(gen)本原因(yīn)。
 
　　幹度測(ce)量誤差(cha)的形成(cheng),可能是(shi)由于汽(qi)液兩相(xiàng)流動具(jù)有一定(dìng)的🥰随機(jī)性,即使(shǐ)幹度相(xiàng)同時,其(qí)它參數(shu)如:壓力(lì)🔞、溫度等(deng)的微小(xiao)❄️變化也(yě)可能導(dao)緻局部(bù)流動型(xíng)态的變(biàn)化，從而(ér)引起壓(yā)🐇差脈動(dong)✂️幅值的(de)變化。所(suo)以對🌈于(yú)同一千(qiān)度也會(hui)産☔生測(ce)量誤差(chà)。另外文(wén)獻01]中的(de)測量方(fang)法認爲(wei)壓差瞬(shùn)時參數(shù)與時均(jun)參數的(de)規律相(xiang)同,而并(bing)未嚴❓格(gé)證明,這(zhe)也可能(néng)是測量(liang)誤差形(xíng)成的原(yuán)因。
　　由式(shi)（11）、（16）和（17）計算(suàn)得到的(de)流量測(cè)量相對(dui)誤差≤±9.7%,如(ru)圖6所示(shi)爲計♻️算(suan)流量和(hé)實.際流(liu)量對比(bǐ)。
 
　　本文是(shì)通過壓(ya)力對參(cān)數θ1拟合(he)的，并不(bu)是嚴格(ge)以氣液(ye)🏃密⛱️度比(bǐ)來拟合(hé)θ1,,另外本(ben)文試驗(yan)條件幹(gan)度小于(yú)0.1,氣液兩(liang)‼️相流動(dòng)的型态(tài)變化較(jiào)多,而林(lín)氏模型(xing)較适合(he)用于幹(gàn)度大于(yú)0.1的試驗(yan)條件,這(zhe)可能是(shi)流量測(cè)量誤差(chà)較大的(de)原因。若(ruò)能基于(yú)流型來(lái)拟合θ1,測(cè)量誤差(chà)是可以(yi)減小的(de)。
5結論
(1)通(tōng)過對2種(zhong)測量模(mo)型的數(shu)學表達(dá)式及部(bu)分試驗(yàn)結果分(fen)析後,得(dé)出2種測(ce)量方法(fǎ)是有聯(lián)系的，在(zai)較爲合(hé)理假設(shè)基礎上(shang)重新驗(yàn)證了模(mo)型1的正(zhèng)确性。由(yóu)兩者内(nèi)在關系(xi)知,這也(ye)能間接(jie)證明模(mó)型2的合(hé)理性;
2)根(gēn)據文獻(xiàn)10]中模型(xíng)應用範(fàn)圍推廣(guǎng)的結論(lun):,得出文(wén)獻💞[8]的測(cè)量☀️方✂️法(fa)同樣适(shì)用于其(qi)他節流(liú)件;
(3)結合(hé)數值模(mo)拟方法(fa)和試驗(yàn)研究，設(she)計了--種(zhǒng)節流損(sǔn)失小、防(fáng)堵功能(neng)強的錐(zhui)形孔闆(pan)并将其(qi)應用到(dào)實際流(liú)量測量(liàng)中;
(4)通過(guo)本文試(shi)驗研究(jiū)得到了(le)文獻01]中(zhōng)千度小(xiǎo)于0.1時B和(hé)✌️x的關☀️系(xì)式,爲此(ci)種測量(liàng)方法應(ying)用範圍(wei)的拓寬(kuan)提供了(le)參考依(yī)據;
(5)在試(shì)驗條件(jian)範圍内(nèi),借鑒文(wen)獻11]的測(cè)量方法(fǎ),同時，應(yīng)用🛀本🈲文(wén)設計🏒的(de)錐形孔(kong)闆,實現(xiàn)了運用(yong)單一節(jie)流件測(cè)量汽液(ye)兩相流(liu)量的雙(shuang)參數測(cè)量。

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