摘要(yao):闡述了渦輪流(liu)量計 的工作原(yuán)理和動态特性(xìng),建立了渦輪流(liú)量計的多相流(liu)測🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量模型,并在(zài)多相流模拟裝(zhuāng)置中進行了實(shi)☁️驗驗證,得出了(le)流體密度是渦(wo)輪流量計在測(ce)量多相流的流(liu)量時🤞的影響因(yin)子，并且讨論了(le)流體密度影響(xiǎng)多相🙇‍♀️流的流量(liàng)☀️測量的規律。
　　在(zai)油田生産過程(cheng)參數(如溫度、壓(ya)力等)檢測中，以(yǐ)流量♈和各相持(chí)率測量複雜,是(shi)較難測量的兩(liǎng)個參數🐕,因而,引(yǐn)起了工程技術(shu)人員的興趣.随(suí)着油田的發✂️展(zhǎn),被測對象不再(zai)局限⛱️于單相流(liú)，而要💃🏻對多相流(liú)、混合狀态的🐉流(liu)量進行測量。測(ce)量多相流的技(jì)術難度要比單(dan)相流體的正确(què)測量大的多,知(zhi)道單相流體的(de)密度、粘度及測(cè)量裝置的幾何(he)結構，便可以⭐對(duì)單.相流進行定(ding)量分析。如果能(néng)利用多相流中(zhōng)每一相的上述(shu)各物理量對🏃🏻‍♂️多(duo)相流進行測量(liàng)的話，就很方便(biàn)。但很遺憾的是(shì),多相流體的特(te)性遠比單相流(liu)體🆚的特性複雜(za)的多🏃‍♀️，如各組分(fen)之間不能均勻(yun)混合、混合流體(ti)的異常性、流型(xing)轉變，相對速度(du)、流體性質、管道(dào)結構、流動方向(xiàng)等因素将導緻(zhi)渦輪流量傳感(gan)器響應特性的(de)改變"
　　在單相流(liú)的條件下，渦輪(lún)的轉速和流經(jīng)它的體積🌈流量(liang)☔成一單⛹🏻‍♀️值線性(xing)函數,在油水兩(liǎng)相流中，隻要流(liu)♌量超過始動流(liú)量,在允許的誤(wu)差範圍内,渦輪(lun)的響應和體積(jī)流量也是成線(xiàn)性函數。
　　但在多(duō)相流動中，即使(shi)在總流量保持(chí)不變的情況下(xia)，混合😄流體的密(mi)度發生變化，也(yě)會引起渦輪轉(zhuǎn)速的很大變🌈化(huà)。本文就🧑🏾‍🤝‍🧑🏼此問題(tí),通過對渦輪流(liu)量計的工作原(yuán)理和特🚶‍♀️性分析(xi)，闡述了在測量(liàng)❤️多相流時的流(liú)量影響因子，并(bing)進行了實驗驗(yan)證。
1工作原理及(ji)數學模型建立(lì)
　　渦輪流量計是(shi)一種速度式儀(yí)表,它是以動量(liang)矩守恒原理爲(wèi)基礎的，流體沖(chong)擊渦輪葉片,使(shi)渦輪旋轉,渦輪(lun)的旋轉速度随(suí)流量的變化而(er)變化，最後從渦(wo).輪的轉數求出(chu)流量值，通過磁(ci)電轉換裝置(或(huò)機械輸出裝置(zhi))将渦輪轉速變(biàn)化成電脈沖,送(sòng)入二次儀🔅表進(jin)行計算㊙️和顯示(shi)，由單位時間電(diàn)脈沖數和累計(jì)🏒電脈沖數反映(ying)出瞬時流量和(he)累計流量(見圖(tú)1)
 
　　所以,由(you)動量矩定理可(ke)知，渦輪的運動(dong)微分方程爲:
 
　　式(shì)中:J爲渦輪的轉(zhuǎn)動慣量;w爲渦輪(lun)的旋轉角速度(du);∑M爲作用㊙️在🚩渦輪(lún)上的合力矩。
　　在(zài)正常工作條件(jian)下，可認爲管道(dào)内的流體流量(liang)不随時間變化(huà)✊，即渦輪以恒定(dìng)的角速度ω旋轉(zhuǎn),這樣就有
那麽(me)渦輪的運動微(wēi)分方程變爲：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這(zhe)裏把∑M分成了兩(liǎng)部分,即驅動渦(wo)輪旋轉的驅動(dòng)力矩M和阻礙渦(wo)輪旋轉的各種(zhǒng)阻力矩∑Mi。通過分(fen)析計算🔴,驅動🌂力(li)矩爲
 
　　式中:θ爲葉(ye)片與軸線之間(jian)的夾角;r爲渦輪(lun)平均半徑;A爲管(guan)道流通💋面積;ρ爲(wei)流體密度;ω爲渦(wo)輪的旋轉角速(sù)度;qv爲通過管道(dào)的流🔞量。
　　将式(3)代(dài)入(2)中得:
 
2渦輪流(liu)量計的特性分(fen)析
　　由式(5)和式(6)可(ke)見:當流體的粘(zhan)度增大時,渦輪(lun)的轉動角速度(du)變小📐;當流體密(mi)度變大時,渦輪(lun)的轉動角速度(du)也随之增大。在(zài)流體速度較小(xiǎo)(相當于層流狀(zhuàng)态)時,渦輪的頻(pin)率響應非線性(xing),且受流體👌性質(zhi)變化影🔞響較大(dà);當流體速度較(jiào)高(相當于湍流(liu)狀⛷️态)時,式變小(xiǎo)，渦輪響應近似(sì)線性,儀器常數(shù)K基本上不受流(liú)體🔴粘度變化影(ying)🌈響⭐。
　　渦輪啓動時(shí),要克服較大的(de)機械靜摩擦力(li),因此需要較大(da)🥰始💁動流量。渦輪(lún)以--定的速度轉(zhuan)動起來以後♊,需(xu)要機械動摩擦(cā)力和流體流動(dong)阻力,轉動阈值(zhi)qVmin與p0.5成反比，流體(ti)密度越大，qVmin越小(xiǎo)。這種情況對于(yú)密度變化小的(de)液體來說，影響(xiǎng)不大，可視爲常(chang)數💔。但對于多相(xiang)流體來說,由于(yú)溫度、壓力和分(fen)相含率的變化(hua)，引💃🏻起p變化,從而(er)影響qVmin。
3實驗結果(guo)分析
　　實驗在以(yi)水和空氣爲介(jie)質的流動模拟(nǐ)裝置中進行，實(shi)驗中在氣體流(liu)量固定的前提(ti)下，逐漸增大水(shuǐ)的流量,測☂️量渦(wō)輪的響應值。增(zeng)大氣體的流量(liàng),複上🚩述操作👅,得(de)到了下面的渦(wō)輪響應圖版，其(qí)中流量爲氣液(yè)的合☔流量。圖中(zhōng)♋氣體流量爲零(ling)時，流體的密度(dù)🥵最大,測得的🐆響(xiang)應曲線各流量(liang)響應值✨最大。由(yóu)于氣流量增大(da)時，測得流體密(mi)度和粘度都變(biàn)小，由式(5)和式(6)推(tuī)得渦♈輪的轉動(dòng)角速⭕度也随之(zhi)變小，所以随着(zhe)流體密度的減(jiǎn)小，qVmin增大。
 
4結論
　　通(tōng)過實驗驗證，我(wǒ)們可以得出如(ru)下的結論:1渦輪(lún)流量計在測量(liang)多相流的流量(liàng)時，在總流量保(bao)持不.變的情🏃🏻‍♂️況(kuang)下，流體的密度(dù)發生變化也會(huì)引起渦輪轉速(su)的很🤟大變化。④渦(wo)輪流量計的始(shi)動流量随多相(xiàng)流體密度的增(zēng)大而減小。
　　從以(yǐ)上得出的結論(lun)可知,渦輪流量(liang)計在測量多相(xiàng)👅流😘體🛀🏻的流量的(de)時候,流體的密(mi)度是影響測量(liàng)精度的主要因(yin)素。

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