1引言
　　對(duì)氣液兩(liǎng)相流量(liàng)測量方(fāng)法的研(yán)究,一直(zhi)是國.内(nei)許多學(xue)者的工(gong)🥵作重點(dian)。由于氣(qi)液兩相(xiang)流量計(jì) 量不同(tóng)于單向(xiang)流,因此(ci)對其流(liu)量的測(cè)量又分(fen)爲單參(cān)數🈲測📐量(liang)和雙參(can)數測量(liang)。其中比(bi)較典型(xing)的單參(cān)數測量(liàng)方法有(you)Lin模型、三(san)通模型(xíng)、Yue模型等(deng)，然而大(da)多數情(qing)況,對氣(qi)液兩相(xiang)流量計(jì)量需要(yao)雙參數(shu)計量,如(ru)凝析天(tiān)然氣在(zai)輸送過(guo)程☔中的(de)計量✊問(wèn)題,從而(er)雙參數(shù)計量對(duì)工業生(sheng)産具有(yǒu)更重要(yào)的意義(yi)。
　　氣液兩(liang)相流量(liàng)的雙參(cān)數測量(liàng)方法較(jiao)多,按其(qi)測量方(fang)法大緻(zhì)可分爲(wei)分流分(fen)相法、單(dān)相流量(liang)計組合(hé)法、軟測(ce)量方法(fa)、利用差(cha)壓脈動(dòng)特性測(cè)量法。其(qi)中利用(yong)差壓脈(mo)動特性(xìng)❓測量法(fǎ),是由單(dān)✍️一孔闆(pǎn)節流件(jiàn),完成🔞的(de)雙參數(shu)測量,這(zhe)在國内(nèi)衆多雙(shuāng)參數測(cè)量方法(fa)中是比(bi)較有特(tè)色的。但(dan)由于💃标(biāo)準孔闆(pan)的節流(liu)損失較(jiao)大,而且(qiě)孔闆♉銳(ruì)🈲邊易磨(mo)損和堵(du)塞等缺(que)點,限制(zhì)🔴這一方(fāng)法在某(mou)些領域(yu)的應用(yòng)。基于以(yǐ)上原因(yīn),本文對(duì)标準孔(kǒng)闆進行(hang)了改進(jìn),并結合(hé)此測量(liang)方法,實(shí)現了汽(qì)液兩相(xiang)流量雙(shuāng)參數測(cè)量。
2流量(liàng)測量理(lǐ)論模型(xing)
2.1測量模(mó)型1
　　氣液(yè)兩相流(liu)量雙參(can)數測量(liàng)模型爲(wèi):
 
式中x一(yī)幹度
A一(yī)孔闆流(liú)通面積(jī),m2
W一質量(liang)流量,kg/h.
g、l一(yi)氣相、液(yè)相
ρ一密(mi)度,kg/m³
C一流(liu)出系數(shu)
√△p一孔闆(pan)兩側的(de)壓差方(fang)根
θ一孔(kong)闆的相(xiang)分離系(xì)數,是ps/pt和(hé)孔徑比(bi)β的函數(shu);由試驗(yan)确定
√△p0一(yi)壓差方(fāng)根噪聲(sheng)幅值
2.2測(cè)量模型(xíng)2
　　根據文(wén)獻01],申國(guó)強在總(zǒng)結各種(zhǒng)流型下(xià)的
　　孔闆(pǎn)壓差數(shù)據得出(chū):
 
　　同樣運(yùn)用單一(yī)-節流件(jian),完成了(le)氣液兩(liang)相流量(liang)的雙參(can)數測量(liàng)👉。
2.3.2種測量(liàng)模型對(duì)比分析(xī)
　　對比兩(liǎng)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(shì)🏃‍♂️通過壓(ya)差脈動(dong)特性得(dé)出的測(cè)量模型(xíng),測☀️量機(ji)理是👄相(xiang)似的。結(jie)合式（2）和(he)式（11）整理(lǐ)得:
 
　　因爲(wei)式（3）和（10）有(you)着非常(chang)相似的(de)數學表(biao)達式,根(gēn)據數理(lǐ)統計知(zhī)識可知(zhī)它們是(shi)有聯系(xi)的,圖3可(kě)知,這兩(liang)張圖的(de)中的R和(hé)x及B和x的(de)對應關(guan)系基本(běn)一緻,所(suǒ)以由B代(dai)替R時,認(ren)爲它會(huì)影響θ的(de)取值但(dan)不會對(duì)其變化(huà)趨勢帶(dai)來過大(dà)的波動(dòng)。鑒于本(běn)文是研(yan)究θ值的(de)影響因(yin)素,這裏(lǐ)假設R=B。如(rú)果按照(zhào)文獻（10）的(de)方法,那(na)麽在此(ci)試驗數(shu)據的範(fàn)圍内參(cān)數θ應爲(wei)一定值(zhi)。通過式(shì)（1）計算得(dé)到的θ值(zhi),以及用(yòng)此測量(liàng)值計算(suàn)的幹度(dù)值和相(xiang)對誤差(chà)如表2所(suo)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(ying)💃🏻用θ的平(ping)均值🎯代(dai)入式（1）得(dé)出的幹(gàn)度測量(liang)相對誤(wù)差很😄大(dà),根本滿(mǎn)♈足不了(le)工業生(sheng)🈲産的要(yào)求。但是(shì)在表2中(zhong)發現在(zài)幹度大(da)于🐪0.6時，θ的(de)取🚶‍♀️值和(hé)幹度小(xiao)于0.6時的(de)取值相(xiang)差很多(duō),但在各(gè)自的區(qu)間上θ的(de)變化并(bing)不劇烈(lie)。通過對(duì)比文獻(xian)01]中💋的圖(tu)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(jí)B和x的函(han)數關系(xi)明🚩顯不(bu)同。于是(shì),從新以(yi)幹度0.6爲(wei)分界線(xian)分👄别求(qiu)θ的平均(jun)值,然🔴後(hou)根據式(shi)（1）求得幹(gan)度相對(dui)測量誤(wù)差≤±6.2%。經過(guò)以上分(fen)析可以(yi)得出,文(wén)獻[7]的測(ce)量方法(fa)是正确(que)的而且(qiě)在幹度(dù)變化不(bu)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(zhōng)同時👈給(gei)出了√△Po和(he)σ(√△P)在本質(zhì).上無區(qū)别的結(jie)論，因此(cǐ)測量方(fāng)法不僅(jin)适用于(yú)孔闆,對(duì)其它✏️節(jiē)流件仍(réng)然适用(yòng)。根據兩(liǎng)種測量(liang)方法的(de)機理知(zhī)，文獻8]的(de)測量模(mo)型應用(yòng)于其他(ta)節流件(jian)也是适(shi)用的。而(er)且由式(shì)（10）和文獻(xian)11]中的圖(tu)4可以看(kan)出,這種(zhǒng)計量方(fāng)法相對(duì)簡單,在(zài)幹度小(xiǎo)于0.2時B和(he)x基本是(shì)線性關(guān)系。這對(dui)于👄氣液(ye)兩相流(liú)量測量(liàng)儀表的(de)實現是(shì)非⭐常有(yǒu)利的。所(suǒ)以運用(yòng)此方法(fǎ),并且更(gèng)換節流(liú)件,完成(cheng)單一節(jiē)流件的(de)氣液兩(liǎng)相流量(liang)雙參數(shu)測量是(shi)可行的(de)。
3錐形孔(kǒng)闆的設(shè)計
　　對于(yú) 差壓式(shì)流量計(ji) 來說,不(bu)同節流(liu)件的選(xuǎn)取,直接(jie)影響其(qí)性能的(de)好壞。作(zuo)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(cheng)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(ji)🥵是以它(tā)作爲節(jiē)流件。但(dàn)随着能(neng)源問題(tí)的出㊙️現(xiàn),因爲其(qí)🌂結構的(de)原因導(dǎo)緻節流(liú)損失較(jiao)大,越來(lai)越🔴多的(de)行業已(yi)經放棄(qì)了它的(de)使用。如(rú)圖1示出(chū)孔闆改(gǎi)進前後(hou)流體流(liú)💃動方向(xiang)對比。從(cóng)圖1中可(ke)以看出(chū)🛀通過對(duì)垂直入(rù)☎️口進行(háng)改進後(hòu),得到的(de)孔闆流(liú)出特性(xing)較好,具(ju)有防堵(du)、節流損(sun)失小等(deng)優點。爲(wèi)了确🧡定(ding)的入口(kou)錐.角,本(ben)文通過(guo)數值模(mo)拟的方(fang)法,對3種(zhǒng)不同入(rù)口錐角(jiǎo)的錐形(xíng)孔闆進(jin)行管内(nei)數值模(mo)拟。得出(chu)♋不同入(rù)口錐角(jiao)的錐形(xing)孔闆流(liú)出系數(shù)與雷諾(nuo)數的關(guan)系圖,如(ru)圖2所示(shi)。從圖中(zhōng)可以得(de)出,随着(zhe)入口錐(zhui)角的減(jian)小，流🌈出(chū)系數會(hui)🔞增大,但(dàn)增大趨(qu)勢減弱(ruò)。根據文(wén)獻[15],一味(wei)的增大(dà)流出系(xì)數和減(jiǎn)小壓損(sun),可能會(huì)造成計(jì)量精度(dù)的下降(jiang)。
 
　　最終确(què)定以入(ru)口錐角(jiao)爲30°的錐(zhui)形孔闆(pǎn)爲試驗(yan)節流件(jian)。
4試驗部(bù)分
4.1試驗(yan)裝置及(ji)試驗條(tiao)件
　　試驗(yan)是在東(dōng)北電力(li)大學氣(qì)液兩相(xiàng)流試驗(yàn)台上進(jin)行的✊,試(shi)驗介質(zhi)爲空氣(qi)和水,試(shi)驗錐形(xing)孔闆孔(kǒng)徑比爲(wei)0.67,前錐角(jiǎo)等于30°,後(hòu)錐角等(deng)于45°,過度(du)平台長(zhǎng)度爲2m,管(guan)徑♈d爲30m,取(qǔ)壓方式(shi)爲,環室(shì)角接取(qǔ)壓。試驗(yan)流程如(ru)圖3所示(shì)。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(cǎi)樣頻率(lǜ)爲256Hz,采樣(yàng)時間16s。
 
4.2試(shì)驗結果(guǒ)與分析(xī)
　　根據測(ce)量方法(fǎ),要想進(jin)行流量(liàng)的測量(liàng),首先得(dé)求出錐(zhui)形孔闆(pǎn)的☂️流出(chu)系數和(hé)林氏模(mó)型θ1的關(guān)系式,表(biǎo)3是以水(shui)爲介質(zhì)得出的(de)試驗♈數(shù)據。
 
　　得出(chū)錐形孔(kong)闆流出(chu)系數值(zhí)爲0.84。對比(bǐ)圖2可以(yi)看出,這(zhe)一結果(guǒ)和模拟(ni)結果很(hěn)相近。說(shuō)明數值(zhí)模拟方(fāng)法在💃改(gai)進🔴節流(liu)件性📞能(neng)時有很(hen)好的指(zhi)引效果(guo)。同時在(zai)本試驗(yan)條件下(xià),得☁️出了(le)50組氣液(yè)兩相流(liu)量測量(liang)數據。根(gen)據林氏(shì)模型θ1是(shì)氣液密(mi)度比.的(de)函數,基(jī)于本試(shì)驗溫度(dù)變化較(jiào)小，所以(yi)以壓力(lì)對θ1進行(háng)多項式(shi)拟合得(de)到🐆:
 
　　通過(guò)測量50組(zǔ)試驗數(shù)據的B和(he)x,得到B和(he)x的關系(xì),如圖4所(suo)示。由♊圖(tu)💘4可以看(kan)出，B和x呈(cheng)現單值(zhi)函數關(guān)系，而不(bú)是線性(xing)關系,而(er)且B的取(qu)值和文(wén)獻[1]中的(de)相比波(bo)動很大(da)。出現這(zhe)一結果(guǒ)的主要(yào)原因,應(yīng)該是本(běn)文❌的試(shi)驗範圍(wéi)的不同(tong)。由于在(zài)幹度大(dà)于0.1時,氣(qì)液兩相(xiàng)流動主(zhu)要呈現(xiàn)的是環(huán)狀流,此(cǐ)種流型(xing)下,液相(xiàng)會在管(guan)壁處形(xing)成液膜(mó),而夾帶(dai)液滴的(de)氣相在(zai)管♈道中(zhong)部高速(sù)流動，導(dao)緻了汽(qi)液💃🏻兩相(xiàng)流動過(guo)程的壓(yā)差波動(dòng)性降低(di)。而在本(ben)文試驗(yàn)過程中(zhōng),汽液兩(liang)相流動(dòng)随着幹(gàn)度的增(zeng)大,主要(yào)表現出(chu)氣泡流(liú)、塞狀流(liu)、彈😄狀流(liu)、波-彈混(hun)狀流。根(gen)💰據B的計(ji)算式可(kě)知,當壓(yā)差波動(dòng)越劇烈(liè)時B的取(qu)值越大(dà),因此流(liu)型的變(bian)化是導(dao)緻文獻(xiàn)11]和本文(wén)結果不(bú)同的根(gen)本原因(yīn)。
 
　　幹度測(cè)量誤差(cha)的形成(cheng),可能是(shi)由于汽(qi)液兩相(xiang)流動🈲具(ju)🐕有一💛定(dìng)的随機(ji)性,即使(shǐ)幹度相(xiàng)同時,其(qi)它參數(shu)如:壓力(li)、溫度等(děng)的🏃‍♀️微小(xiǎo)變化也(yě)可能導(dao)緻局部(bù)流動型(xing)态的變(bian)化，從而(ér)引起壓(yā)差脈動(dong)幅值的(de)變化。所(suǒ)以對于(yu)同一千(qiān)度也會(hui)産生測(ce)量誤差(chà)。另外文(wen)獻01]中的(de)測量方(fāng)法認爲(wèi)壓差瞬(shùn)時參數(shù)與時均(jun1)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(xing)🤞成的原(yuan)因。
　　由式(shì)（11）、（16）和（17）計算(suàn)得到的(de)流量測(cè)量相對(duì)誤差≤±9.7%,如(ru)圖6所示(shì)爲計算(suan)流量和(he)實.際流(liú)量對比(bǐ)。
 
　　本文是(shì)通過壓(ya)力對參(cān)數θ1拟合(he)的，并不(bú)是嚴格(ge)以氣液(ye)密度比(bǐ)來拟合(he)θ1,,另外本(ben)文試驗(yan)條件幹(gàn)度小于(yú)0.1,氣液兩(liang)相流💞動(dong)的型态(tai)變化較(jiao)多,而林(lín)氏模型(xing)較适合(hé)用于幹(gàn)度大于(yu)✔️0.1的試驗(yàn)條件,這(zhè)可能是(shì)🍉流量測(cè)量誤差(cha)較大的(de)㊙️原因。若(ruò)能基于(yú)流型來(lai)拟合θ1,測(ce)❤️量誤差(chà)是🔞可以(yi)減小的(de)。
5結論
(1)通(tōng)過對2種(zhǒng)測量模(mo)型的數(shu)學表達(da)式及部(bu)分試驗(yàn)結果分(fèn)析後,得(de)出2種測(ce)量方法(fǎ)是有聯(lian)系的，在(zài)較爲合(hé)理假設(she)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(xì)知,這也(yě)能間接(jie)證明模(mo)型2的合(hé)理性;
2)根(gen)據文獻(xiàn)10]中模型(xíng)應用範(fan)圍推廣(guǎng)的結論(lùn):,得出文(wén)獻👣[8]的🐪測(ce)量😘方法(fǎ)👄同樣适(shi)用于其(qí)他節流(liu)件;
(3)結合(hé)數值模(mó)拟方法(fǎ)和試驗(yan)研究，設(she)計了--種(zhong)節流損(sun)失小、防(fáng)堵功能(néng)強的錐(zhuī)形孔闆(pan)并将其(qi)應用到(dào)實際流(liu)量測量(liàng)中;
(4)通過(guò)本文試(shi)驗研究(jiu)得到了(le)文獻01]中(zhōng)千度小(xiao)于0.1時B和(he)x的關系(xì)式,爲此(cǐ)種測量(liang)方法應(ying)用範圍(wei)的拓寬(kuān)提供了(le)參考依(yī)據;
(5)在試(shi)驗條件(jian)範圍内(nei),借鑒文(wén)獻11]的測(ce)量方法(fa),同時，應(yīng)用本文(wén)設計的(de)錐形孔(kǒng)闆,實現(xiàn)了運用(yong)單一節(jie)流件測(cè)量汽液(yè)兩相流(liu)量的雙(shuang)參數測(ce)量。

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