1引言
　　對氣(qi)液兩相流(liu)量測量方(fang)法的研究(jiu),一直是國(guo).内許多✏️學(xue)者的工作(zuo)重點。由于(yu)氣液兩相(xiang)流量計 量(liang)不同于單(dan)向流,因此(ci)對其流量(liang)的測量又(you)分爲單參(can)數測量和(he)⭐雙參數測(ce)量。其中比(bi)較典型的(de)單參數測(ce)量方法♍有(you)Lin模型、三通(tong)模型、Yue模型(xing)等，然而大(da)多數情況(kuang),對氣液兩(liang)相流量計(ji)量需要雙(shuang)參數計量(liang),如凝析天(tian)然氣在輸(shu)送過程中(zhong)的計量問(wen)題,從而雙(shuang)參數計量(liang)對工業生(sheng)産具有更(geng)重要的意(yi)義。
　　氣液兩(liang)相流量的(de)雙參數測(ce)量方法較(jiao)多,按其測(ce)量方法大(da)緻可分爲(wei)分流分相(xiang)法、單相流(liu)量計組合(he)法🐇、軟測量(liang)方法、利用(yong)差壓脈動(dong)特性測量(liang)法。其中利(li)用差壓脈(mo)動特性測(ce)量法,是由(you)單一孔闆(pan)節流件,完(wan)成的雙參(can)數測量,這(zhe)在🐪國内衆(zhong)多雙參數(shu)測量方法(fa)中是比較(jiao)有特色的(de)。但由于🍓标(biao)準孔闆的(de)節流損失(shi)較🈲大,而且(qie)孔闆❌銳邊(bian)易磨損和(he)堵塞等缺(que)點,限制☂️這(zhe)一方法在(zai)某✌️些領域(yu)的應用✨。基(ji)于以上原(yuan)因,本文對(dui)标準孔闆(pan)進行了改(gai)進,并結合(he)此測量方(fang)法🌈,實現了(le)汽液兩相(xiang)流量雙參(can)數測量。
2流(liu)量測量理(li)論模型
2.1測(ce)量模型1
　　氣(qi)液兩相流(liu)量雙參數(shu)測量模型(xing)爲:
 
式中x一(yi)幹度
A一孔(kong)闆流通面(mian)積,m2
W一質量(liang)流量,kg/h.
g、l一氣(qi)相、液相
ρ一(yi)密度,kg/m³
C一流(liu)出系數
√△p一(yi)孔闆兩側(ce)的壓差方(fang)根
θ一孔闆(pan)的相分離(li)系數,是ps/pt和(he)孔徑比β的(de)函數;由試(shi)驗确定
√△p0一(yi)壓差方根(gen)噪聲幅值(zhi)
2.2測量模型(xing)2
　　根據文獻(xian)01],申國強在(zai)總結各種(zhong)流型下的(de)
　　孔闆壓差(cha)數據得出(chu):
 
　　同樣運用(yong)單一-節流(liu)件,完成了(le)氣液兩相(xiang)流量的雙(shuang)參數測量(liang)。
2.3.2種測量模(mo)型對比分(fen)析
　　對比兩(liang)種測量方(fang)法可以看(kan)出,雖然它(ta)們表達式(shi)不同,但都(dou)♉是通過壓(ya)差脈動特(te)性得出的(de)測量模型(xing),測量機理(li)是相似的(de)。結合式🍉（2）和(he)式（11）整理得(de):
 
　　因爲式（3）和(he)（10）有着非常(chang)相似的數(shu)學表達式(shi),根據數理(li)統計知識(shi)可知它們(men)是有聯系(xi)的,圖3可知(zhi),這兩張圖(tu)的中的R和(he)x及B和x的對(dui)應關系基(ji)本一緻,所(suo)以由B代替(ti)R時,認爲它(ta)會影響θ的(de)取值但不(bu)會對其變(bian)化趨勢帶(dai)來過大的(de)波動。鑒于(yu)本文是研(yan)究θ值的影(ying)響因素,這(zhe)裏假設R=B。如(ru)果按照文(wen)獻（10）的方法(fa),那麽在此(ci)試驗數據(ju)的範圍内(nei)參數θ應爲(wei)一定值。通(tong)過式（1）計算(suan)得到的θ值(zhi),以及用此(ci)測量值計(ji)算的幹度(du)值和相對(dui)誤差如表(biao)2所示。
 
　　觀察(cha)表2可以看(kan)出θ的測量(liang)值并不是(shi)一-定值,而(er)且應用θ的(de)平均值代(dai)入式（1）得出(chu)的幹度測(ce)量相對誤(wu)差很大,根(gen)本滿足不(bu)了工業生(sheng)産的要求(qiu)。但是在表(biao)2中發現在(zai)幹度大于(yu)0.6時，θ的取值(zhi)和幹度小(xiao)于0.6時的取(qu)值相差很(hen)多,但在各(ge)自的👄區間(jian)上θ的變化(hua)并不劇烈(lie)。通過對比(bi)文獻01]中的(de)圖4和文獻(xian)🔴{14}中的圖3可(ke)知😄，在幹度(du)介于0.6兩側(ce)時R和x及B和(he)x的函數關(guan)系明🎯顯不(bu)同。于是,從(cong)🌐新以☁️幹度(du)0.6爲分界線(xian)分😘别求θ的(de)平均值,然(ran)後根據式(shi)（1）求得✊幹🐇度(du)相對測量(liang)誤差≤±6.2%。經過(guo)以上分析(xi)可🧡以得出(chu),文獻[7]的測(ce)量方法是(shi)正确的而(er)且在幹度(du)變化不大(da)的情況下(xia)，θ的取值基(ji)本不受幹(gan)度的影響(xiang)。在文獻10]中(zhong)同時🚩給出(chu)了√△Po和σ(√△P)在本(ben)質.上無區(qu)🔞别❌的結論(lun)，因此測量(liang)方法不僅(jin)适用于孔(kong)闆,對其它(ta)節流件⛹🏻‍♀️仍(reng)然适用。根(gen)據兩種測(ce)量方法的(de)機理知，文(wen)獻8]的測量(liang)模📱型應用(yong)于其他節(jie)流件也是(shi)适用🐅的。而(er)且由式（10）和(he)文獻11]中的(de)圖4可💃以看(kan)出,這種計(ji)量方法相(xiang)對簡單,在(zai)幹度小于(yu)0.2時B和x基本(ben)是線性關(guan)系。這對于(yu)氣液兩相(xiang)流量測量(liang)儀表📞的實(shi)現是非常(chang)有利的。所(suo)以運用此(ci)方法,并㊙️且(qie)更換♌節流(liu)件,完成單(dan)一節✂️流件(jian)的氣液兩(liang)相流量雙(shuang)參數測量(liang)是可行的(de)。
3錐形孔闆(pan)的設計
　　對(dui)于 差壓式(shi)流量計 來(lai)說,不同節(jie)流件的選(xuan)取,直接影(ying)響其性能(neng)的好壞。作(zuo)爲常用節(jie)流件的标(biao)準孔闆,由(you)于其易于(yu)安裝,生産(chan)成本較低(di)等優點🏃🏻‍♂️,導(dao)緻目前國(guo)内大約70%的(de)差壓式流(liu)量計是以(yi)它作爲節(jie)✂️流件。但随(sui)着能源問(wen)題的出現(xian),因爲其結(jie)構的原因(yin)導緻節流(liu)損失較🏒大(da),越來越🐇多(duo)的行業已(yi)👈經放棄了(le)它的使用(yong)。如圖❗1示出(chu)孔闆改進(jin)前後流體(ti)流動方向(xiang)對比。從圖(tu)1中可以看(kan)出通過☁️對(dui)垂直入口(kou)進行👣改進(jin)後,得到的(de)孔闆流出(chu)特性較好(hao),具有防堵(du)、節流損失(shi)小等優點(dian)。爲了确定(ding)的入口錐(zhui).角,本文通(tong)過數值模(mo)拟的方法(fa),對3種不同(tong)入口錐角(jiao)的錐形孔(kong)闆進行管(guan)内數值模(mo)拟。得出不(bu)同入口🚶‍♀️錐(zhui)角的錐形(xing)📱孔闆流出(chu)系數與雷(lei)諾數的關(guan)系圖,如圖(tu)2所示。從圖(tu)中可以得(de)出,随着入(ru)口錐角的(de)減小，流📧出(chu)系數會增(zeng)大,但增大(da)趨勢減弱(ruo)。根據文獻(xian)[15],一味的💰增(zeng)大流出系(xi)數和減小(xiao)壓損,可能(neng)會造成計(ji)量精度的(de)下降。
 
　　最終(zhong)确定以入(ru)口錐角爲(wei)30°的錐形孔(kong)闆爲試驗(yan)節流件💘。
4試(shi)驗部分
4.1試(shi)驗裝置及(ji)試驗條件(jian)
　　試驗是在(zai)東北電力(li)大學氣液(ye)兩相流試(shi)驗台上進(jin)📧行的,試驗(yan)介質爲空(kong)氣和水,試(shi)驗錐形孔(kong)闆孔徑比(bi)爲0.67,前錐角(jiao)等于30°,後錐(zhui)角等于45°,過(guo)度平台長(zhang)度爲2m,管徑(jing)d爲30m,取壓方(fang)式爲,環室(shi)角接取壓(ya)。試驗流程(cheng)如圖3所示(shi)。試驗參數(shu)範圍:壓力(li):209~260kPa;質量含氣(qi)率:0.00021~0.028;溫度:13~15℃;總(zong)質量流量(liang)🔱3224~11546kg/h。采樣頻率(lü)爲256Hz,采樣時(shi)間16s。
 
4.2試驗結(jie)果與分析(xi)
　　根據測量(liang)方法,要想(xiang)進行流量(liang)的測量,首(shou)先得求出(chu)錐形✔️孔闆(pan)的流出系(xi)數和林氏(shi)模型θ1的關(guan)系式,表3是(shi)以水爲介(jie)🌂質得💃🏻出的(de)試驗🐕數據(ju)。
 
　　得出錐形(xing)孔闆流出(chu)系數值爲(wei)0.84。對比圖2可(ke)以看出,這(zhe)🥰一結果和(he)模拟結果(guo)很相近。說(shuo)明數值模(mo)拟方法在(zai)改進節流(liu)件性能時(shi)🈲有很好的(de)指引效果(guo)。同時在本(ben)🔴試驗條件(jian)下,得出了(le)50組氣液兩(liang)🔞相流量測(ce)量數據。根(gen)據林氏模(mo)型θ1是氣液(ye)密度比.的(de)函數,基于(yu)💔本試驗溫(wen)❤️度變化較(jiao)小，所以以(yi)壓力對θ1進(jin)行多項式(shi)拟合得到(dao):
 
　　通過測量(liang)50組試驗數(shu)據的B和x,得(de)到B和x的關(guan)系,如圖4所(suo)示✉️。由圖4可(ke)以🍓看出，B和(he)x呈現單值(zhi)函數關系(xi)，而不是線(xian)性關系,而(er)且B的取值(zhi)🙇‍♀️和文獻[1]中(zhong)的相比波(bo)動很大。出(chu)😘現這一結(jie)果的🤩主要(yao)原🈲因,應該(gai)是本文的(de)試驗範圍(wei)的不同。由(you)🈲于在幹度(du)大于0.1時,氣(qi)液兩相流(liu)動主要呈(cheng)現的是環(huan)狀流,此種(zhong)流型🧑🏽‍🤝‍🧑🏻下,液(ye)相會在管(guan)壁處形成(cheng)😍液膜,而夾(jia)帶液滴的(de)氣相在管(guan)道中部高(gao)速流動，導(dao)緻了汽液(ye)❓兩相流動(dong)過程的壓(ya)差波動性(xing)降低。而在(zai)🈚本文試驗(yan)過程中,汽(qi)㊙️液兩相流(liu)動随着幹(gan)度的增大(da),主要表現(xian)出氣泡流(liu)、塞💞狀流、彈(dan)狀流、波-彈(dan)混狀🌈流。根(gen)據B的計算(suan)式可知,當(dang)壓差波動(dong)越劇烈時(shi)B的取值越(yue)🐅大,因此流(liu)型💘的變化(hua)是導緻文(wen)獻11]和本文(wen)結果不同(tong)☀️的根本原(yuan)因。
 
　　幹度測(ce)量誤差的(de)形成,可能(neng)是由于汽(qi)液兩相流(liu)動♍具有一(yi)定🚶‍♀️的随機(ji)性,即使幹(gan)度相同時(shi),其它參數(shu)如:壓力、溫(wen)度等的微(wei)小變化也(ye)可能導緻(zhi)局部流動(dong)型态的變(bian)化，從而引(yin)起壓差脈(mo)動幅值的(de)😄變化。所以(yi)對于同一(yi)千度也會(hui)産生測量(liang)誤👄差。另外(wai)文獻01]中的(de)測量方法(fa)認爲壓差(cha)瞬時參數(shu)與時均參(can)數的規律(lü)相同,而并(bing)未嚴格證(zheng)明,這也可(ke)能是測量(liang)誤差形成(cheng)的原因。
　　由(you)式（11）、（16）和（17）計算(suan)得到的流(liu)量測量相(xiang)對誤差≤±9.7%,如(ru)圖6所示爲(wei)計算流量(liang)和實.際流(liu)量對比。
 
　　本(ben)文是通過(guo)壓力對參(can)數θ1拟合的(de)，并不是嚴(yan)格以氣液(ye)密度比來(lai)♻️拟合θ1,,另外(wai)本文試驗(yan)條件幹度(du)小于0.1,氣液(ye)兩相流動(dong)的型态變(bian)化較多,而(er)林氏模型(xing)較适合用(yong)于幹度大(da)于0.1的試驗(yan)條件,這可(ke)能是🐉流量(liang)測量誤差(cha)較大的原(yuan)因。若能🍉基(ji)于流型⛹🏻‍♀️來(lai)拟合θ1,測量(liang)誤差是可(ke)以減小的(de)。
5結論
(1)通過(guo)對2種測量(liang)模型的數(shu)學表達式(shi)及部分試(shi)驗結果分(fen)析後,得出(chu)2種測量方(fang)法是有聯(lian)系的，在較(jiao)爲合理假(jia)設基礎上(shang)重新驗證(zheng)了模型1的(de)正确性。由(you)兩者内在(zai)關系知,這(zhe)也能間接(jie)證明模型(xing)2的合理性(xing);
2)根據文獻(xian)10]中模型應(ying)用範圍推(tui)廣的結論(lun):,得出文獻(xian)🥵[8]的測量🌂方(fang)法🆚同樣适(shi)用于其他(ta)節流件;
(3)結(jie)合數值模(mo)拟方法和(he)試驗研究(jiu)，設計了--種(zhong)節流損🚩失(shi)小、防堵功(gong)能強的錐(zhui)形孔闆并(bing)将其應用(yong)到實際流(liu)量測量中(zhong);
(4)通過本文(wen)試驗研究(jiu)得到了文(wen)獻01]中千度(du)小于0.1時B和(he)x的關系式(shi),爲此種測(ce)量方法應(ying)用範圍的(de)拓寬提供(gong)了參考依(yi)據;
(5)在試驗(yan)條件範圍(wei)内,借鑒文(wen)獻11]的測量(liang)方法,同時(shi)，應用本文(wen)設計的錐(zhui)形孔闆,實(shi)現了運用(yong)單一節流(liu)件測量汽(qi)液兩相💘流(liu)量的雙參(can)數測量。

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