两相流量测量

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1、两相流流量测试技术摘要：两相流流量检测在工业上有着十分重要的意义，本文综述了两相流流量测试的一些常见方法和最新进展，主要包括孔板流量计，弯头流量计，哥里奥利力式流量计，热式质量流量计，超声波流量计，电磁流量计，相关法测流量，分流分相技术等。关键字：两相流，流量，流量计1.简介1.1两相流的流量单位时间内流过任一流道截面的流体的总质量称为质量流量，用W，kg/s表示。对于气液两相流动，有流道单位截面通过的质量流量称为质量流速，用G，表示：单位时间内流过任一流道截面的流体的总体积称为体积流量，用Q，表示，对于气液两相流动，有：1.2两相流测量的重要性多相流在自然界、工程设备及日常

2、生活中都是广泛存在的，随着科学技术的迅速发展多相流动体系在国民经济和人类生活中的地位日益重要。多相流动体系中又以两相流动体另最为普遍，尤其是气液两相流现象在化工、石油、电力、制药和生化等工业部门都是普遍石在的。在原油开采过程中，从井口喷出的常常是原油、天然气和水三种组分的混合物(有时混合物中还夹杂砂子)。为了确定各油井的原油和天然气的产量，或观测另底地层中储油构造的油气含量情况的变化，需要在线测量管线中原油、天然气和水三者的体积流量或质量流量。因此，在许多生产过程中，两相(气液、气固和液固)流体或多相(多组分)流体的测量和控制是一个亟须解决，而又长期未能很好解决的难题。-22

3、-由于两相流动或多相流动比单相流动不仅流动特性复杂得多，而且相间存在着界面效应和相对速度，致使参数检测的难度较大。为此，世界各工业发达国家均做了大量研究工作如，辐射线技术、激光多普勒技术、核磁共振技术、超声波技术、微波技术、光纤技术、期冲中子活性示踪技术、相关技术及流动成像技术等。也有很多研究工作是应用传统的单相流仪表和两相流模型进行多参数组合辨识而检测的。这些两相流参数的检测技术和方法大都处于实验室应用研究阶段，已商品化的工业型仪表为数还很少，两相流参数检测是一个亟待发展的研究领域。两相流动或多相流动是一种复杂的、多变量随机过程，随着随机过程理论的逐步发展和信号处理技术的不

4、断完善，应用统计的方法和过程辨识理论与技术，进行两相流参数的估计将成为重要的发展趋势之一。当今计算机应用技术的发展，获取多个信息量对两相流流体局部空间区域，应用流动在像技术进行微观测量也将是重要的发展方向之一。研制高灵敏度和稳定度的阵列式传感器，以边到较准确地测量离散相的浓度及其分布是重要的基础工作。空间滤波器法、相关法和激光多普勒法在测量两相流流速方面将获得广泛的应用。如何将成熟的单相流检测技术用于两相流参数检测仍将是受到普遍重视的研究方向。2.两相流流量测试方法2.1孔板流量计孔板流量计是最常用的一种利用压差原理测量流量的节流式流量计。用于测量单相流体已非常成熟，且已标准

5、化。其基本原理如下：图1孔板流量计结构原理图2.1.1孔板流量计原理孔板流量计是通过改变流体在管道中的流通截面积从而引起动能与静压能的改变来检测流量的装置。其主要元件是在管道中插入的一块中心开圆孔的板，流体流经孔板时因流道缩小、流速增加，即动能增加，且由于惯性作用从孔口流出后继续收缩形成一最小截面(称为缩脉)2—2。缩脉处流速最大因而静压相应最低，在孔板前上游截面l与缩脉截面2之间列伯努利方程：-22-式中缩脉截面2的准确轴向位置以及截面积均难于确定，因此、也难于确定。兼之实际流体通过孔板的阻力损失等尚未计及的因素，—般工程上采用规定孔板两侧测压口位置，用孔口流速代替并相应乘

6、上一个校正系数C的办法进行修正，即式中为孔板两侧测压口处的压力。又根据连续性方程带入可得其中，，称之为孔板流量系数。故管道内流体质量流量可以写成，2.1.2孔板流量计测量气液两相流动由于流经孔板时的两相流体流动工况较为复杂，流动压差和流量、含气率之间的关系与流型有关，不同的流动模型将得到不同的计算关系式。基本的流动模型有均相模型和基于分相流动的动量模型。虽已有不少应用孔板进行的测量和研究，也取得一定进展，但仍在不断地开发之中。1.均相模型均相流动模型把两相流体作为充分混合的单相流体，均相混合物的比体积计算式为：可以得到流量公式为：此式适用于折算液速或折算气速高的流动工况，另外

7、，一些试验表明，用均相模型求得的流量值高于实际值，在低压情况下，尤为显著。2.动量流动模型动量流动模型是以分相流动模型的动量守恒方程式为基础，忽略重位压降和摩擦压降项，导出两相流体流过孔板的压降。-22-Chisholm以此模型为基础，运用分液相、分气相求得压降，即求液相流量单独流过孔板时动量变化引起的压降和气相流量单独流过孔板时动量变化引起的压降，得出，其中，，，S为滑速比；Murdock按此模型根据实验数据得到：我国林宗虎也利用标准锐边圆孔板测量了气液两相流的含气率和流量。试验是在氟里昂流体回路上进