1引言
　　對氣液兩(liang)相流量測量方(fang)法的研究,一直(zhí)是國.内許多學(xue)者的工作重點(dian)。由于氣液兩相(xiàng)流量計 量不同(tóng)于單向流,因此(cǐ)對其流量的測(cè)量又分爲單☔參(cān)數測量和雙參(can)數測量。其中比(bi)較典型的單參(cān)數測量♻️方法有(yǒu)Lin模型、三通模型(xing)、Yue模型等，然而大(da)多數情況,對氣(qì)液兩相流量計(ji)量需要雙參數(shù)⭐計量,如凝析天(tiān)然氣在輸送過(guo)程中的計量問(wen)題,從而雙參數(shu)計量對工業生(shēng)産具有更重要(yào)的意義。
　　氣液兩(liang)相流量的雙參(cān)數測量方法較(jiao)多,按其測量方(fang)法大☀️緻可分爲(wèi)分流分相法、單(dān)相流量計組合(he)法、軟測量方法(fa)、利⚽用差壓脈動(dòng)特性測量法。其(qi)中利用💔差壓脈(mo)動特性測量法(fa),是由單一孔闆(pǎn)節流件,完成的(de)雙參數測量,這(zhe)在國内衆多雙(shuang)參數測量方法(fǎ)中是比較有特(tè)色的。但由于标(biāo)準孔闆的節流(liu)損失較大,而且(qiě)孔闆銳邊易磨(mó)損和堵🔞塞等缺(quē)點,限制這一方(fang)法在某❤️些領域(yù)的應用。基于以(yi)上原因,本文對(duì)标📧準孔闆進行(hang)了改進,并結合(he)此測量方法🚶,實(shí)現了汽液兩相(xiàng)流量雙參數測(cè)🏃🏻量。
2流量測量理(lǐ)論模型
2.1測量模(mó)型1
　　氣液兩相流(liu)量雙參數測量(liàng)模型爲:
 
式中x一(yi)幹度
A一孔闆流(liu)通面積,m2
W一質量(liang)流量,kg/h.
g、l一氣相、液(yè)相
ρ一密度,kg/m³
C一流(liu)出系數
√△p一孔闆(pǎn)兩側的壓差方(fang)根
θ一孔闆的相(xiang)分離系數,是ps/pt和(hé)孔徑比β的函數(shù);由試驗确定🧑🏾‍🤝‍🧑🏼
√△p0一(yī)壓差方根噪聲(shēng)幅值
2.2測量模型(xíng)2
　　根據文獻01],申國(guó)強在總結各種(zhǒng)流型下的
　　孔闆(pan)壓差數據得出(chu):
 
　　同樣運用單一(yī)-節流件,完成了(le)氣液兩相流量(liang)的雙參數🐕測量(liàng)📱。
2.3.2種測量模型對(duì)比分析
　　對比兩(liǎng)種測量方法可(kě)以看出,雖然它(ta)們表達式不同(tong)👨‍❤️‍👨,但都是通過壓(ya)差脈動特性得(de)出的測量模型(xíng),測量機理是相(xiàng)似的。結合式❗（2）和(he)式（11）整理得:
 
　　因爲(wei)式（3）和（10）有着非常(cháng)相似的數學表(biao)達式,根據數理(lǐ)統計知識可知(zhi)它們是有聯系(xì)的,圖3可知,這兩(liǎng)張圖的中的R和(he)x及B和x的對應關(guān)系基本一緻,所(suo)以由B代替R時,認(rèn)爲它會影響θ的(de)取值但不會對(duì)其變化趨勢帶(dai)來過大的波動(dòng)。鑒于本文是研(yán)究θ值的影響因(yin)素,這裏假設R=B。如(ru)果按照文獻（10）的(de)方法,那麽在此(cǐ)試驗數據的範(fan)圍内參數θ應爲(wei)一定值。通過式(shi)（1）計算得到的θ值(zhí),以及用此測量(liang)值計算的幹度(dù)值和相對誤差(chà)如表2所示。
 
　　觀察(chá)表2可以看出θ的(de)測量值并不是(shi)一-定值,而且應(yīng)用θ的平🔴均值代(dài)入式（1）得出的幹(gan)度測量相對誤(wù)差很大,根本滿(mǎn)足不了工👈業生(shēng)産的要求。但是(shì)在表2中發現在(zai)幹度大于0.6時，θ的(de)取♌值和幹度小(xiǎo)于😘0.6時的取值相(xiàng)🔴差很多,但在各(gè)自的區間上θ的(de)變化并不劇烈(liè)。通過對比文獻(xiàn)01]中的圖4和文獻(xian){14}中的圖3可知，在(zài)幹度介于0.6兩側(cè)時R和x及B和x的函(hán)數關系明顯不(bú)同。于是,從新以(yǐ)幹度0.6爲分界線(xian)分别求θ的平均(jun1)值,然後根據式(shi)（1）求得幹度相對(dui)測量誤差🚶≤±6.2%。經過(guo)以上分析可以(yi)🌂得出,文獻[7]的測(ce)量方法是正确(què)的而且在幹度(dù)變化不大的情(qíng)🆚況下，θ的取值基(ji)本🔞不受幹度的(de)影響。在文獻10]中(zhong)同時給出了√△Po和(he)σ(√△P)在🎯本質.上無區(qu)🙇🏻别的結論，因此(ci)測量方法☂️不僅(jǐn)适用于孔闆,對(duì)其它節流件仍(réng)然适用。根據兩(liang)種測量方🐇法的(de)機理知，文獻8]的(de)測🏃‍♂️量模型應用(yòng)于其🤟他節流件(jian)也是适用的。而(er)且由式（10）和文獻(xiàn)11]中的圖4可⛱️以看(kan)出,這種計量方(fang)⚽法相對簡單,在(zài)幹度小于0.2時B和(he)x基本是線性關(guan)系。這對于氣液(ye)兩相流量♋測量(liang)儀表的實現是(shi)非常有利的。所(suo)以運用此方法(fǎ),并且更換節流(liu)件,完成單一節(jiē)🚶‍♀️流件的氣液兩(liǎng)相流量雙參數(shù)測量是可行的(de)。
3錐形孔闆的設(she)計
　　對于 差壓式(shi)流量計 來說,不(bú)同節流件的選(xuan)取,直接影響其(qi)性能的好壞。作(zuo)爲常用💛節流件(jiàn)的标準孔闆,由(yóu)于其易于安裝(zhuang),生産成本較低(di)等優點🏃‍♀️,導緻目(mu)前國内大約70%的(de)差壓式流量計(jì)是以它作爲節(jie)😘流件。但随着能(neng)🍉源問題的出💯現(xiàn),因爲其結構的(de)原因導緻節流(liu)損失較💰大,越來(lai)越🍉多的行業已(yi)經放棄了它的(de)使用。如圖1示出(chu)孔闆改進前後(hou)流體流✔️動方向(xiàng)對比。從圖1中可(ke)以看出通過對(duì)垂直入口進行(háng)改進後,得到的(de)孔闆流出特性(xing)較好,具有防堵(du)、節流損☁️失小等(děng)優點。爲了确定(dìng)的入口錐.角,本(ben)文通過數值模(mo)拟的方😍法,對3種(zhǒng)不同入口錐角(jiao)的錐形孔闆進(jin)行管内♋數值模(mó)拟。得出不同入(ru)口🤩錐角的錐形(xing)孔闆流出系數(shù)🔴與雷諾數的關(guan)系圖,如😄圖2所💁示(shì)。從圖中可以得(de)出,随着入口錐(zhuī)角的減小，流出(chu)系數會🚶‍♀️增大,但(dàn)增大趨勢減弱(ruò)。根據文獻[15],一味(wei)的增大流出系(xi)數和減小壓損(sǔn),可能會造成計(jì)量精度的下降(jiàng)。
 
　　最終确定以入(ru)口錐角爲30°的錐(zhuī)形孔闆爲試驗(yan)節流🌐件。
4試驗部(bu)分
4.1試驗裝置及(ji)試驗條件
　　試驗(yàn)是在東北電力(li)大學氣液兩相(xiang)流試驗台上進(jin)行的,試驗介質(zhi)爲空氣和水,試(shi)驗錐形孔闆孔(kong)徑比爲0.67,前錐角(jiǎo)等于🤞30°,後錐角等(děng)💋于45°,過度平台長(zhang)度爲2m,管徑d爲30m,取(qu)壓方式爲,環室(shi)角接取壓。試驗(yàn)流程如圖3所示(shì)。試驗參數🔆範圍(wéi):壓力:209~260kPa;質量含氣(qì)率:0.00021~0.028;溫度:13~15℃;總質量(liang)流量3224~11546kg/h。采樣頻率(lǜ)爲256Hz,采樣時間16s。
 
4.2試(shi)驗結果與分析(xī)
　　根據測量方法(fǎ),要想進行流量(liang)的測量,首先得(de)求出🌈錐✌️形孔闆(pǎn)的流出系數和(he)林氏模型θ1的關(guān)系式,表3是以水(shui)爲介質得出的(de)試驗數據。
 
　　得出(chū)錐形孔闆流出(chu)系數值爲0.84。對比(bǐ)圖2可以看出,這(zhe)一😘結🈲果和🔴模拟(nǐ)結果很相近。說(shuo)明數值模拟方(fang)法在改進節流(liú)件性能時有很(hěn)好的指引效果(guo)。同時在本試驗(yan)條件下,得出了(le)50組氣液兩相流(liú)量測量數據。根(gēn)據林氏模型θ1是(shì)氣液密度比.的(de)函數,基于本試(shì)驗溫🌈度變化較(jiao)小，所以以壓力(lì)🔞對θ1進行多項式(shì)拟合得到🌈:
 
　　通過(guo)測量50組試驗數(shù)據的B和x,得到B和(he)x的關系,如圖4所(suo)示。由圖4可以看(kàn)出，B和x呈現單值(zhí)函數關系，而不(bu)是線性關系,而(er)⚽且B的取值和文(wen)獻[1]中的相比波(bo)動很大。出現這(zhè)一結果的✔️主要(yào)原因,應該是本(běn)文的試驗範圍(wei)🐕的不同。由于在(zai)幹度大于0.1時,氣(qi)液兩相流動主(zhǔ)要呈現的是環(huán)狀流,此種流型(xing)🚩下,液相會在管(guan)壁處形成液膜(mó),而夾帶液滴的(de)氣相在管道中(zhōng)部高速流動，導(dǎo)緻了汽液兩相(xiàng)流動過程的壓(ya)差波動性降低(di)。而在本文試驗(yàn)過程中,汽🔴液兩(liǎng)相流動随着幹(gàn)度的增大,主要(yào)表現出氣泡流(liú)、塞狀流、彈狀流(liu)、波-彈混狀流。根(gen)❓據B的計算式可(ke)知💁,當壓差波動(dong)越劇烈時B的取(qu)值越大,因此流(liu)型🔞的變化是導(dǎo)緻文獻11]和本文(wen)結果不同的根(gen)本原因。
 
　　幹度測(ce)量誤差的形成(chéng),可能是由于汽(qì)液兩相流動✊具(jù)有✍️一⭐定的随機(ji)性,即使幹度相(xiang)同時,其它參數(shù)如:壓力、溫度等(děng)的微小變化也(ye)可能導緻局部(bù)流動型态的變(bian)☀️化，從而引起壓(ya)差脈動幅值的(de)變化。所以對于(yu)同一千度也會(huì)産㊙️生測量誤差(chà)。另外文獻01]中的(de)測量方法認爲(wèi)壓差瞬時參數(shu)與時均參數的(de)規律相同,而并(bing)未嚴格證明,這(zhè)也可能是測量(liang)誤差形成的✨原(yuán)因。
　　由式（11）、（16）和（17）計算(suan)得到的流量測(ce)量相對誤差≤±9.7%,如(ru)圖6所示爲🌈計算(suan)流量和實.際流(liu)量對比。
 
　　本文是(shì)通過壓力對參(can)數θ1拟合的，并不(bu)是嚴格以氣液(ye)密度🤞比來💞拟合(he)θ1,,另外本文試驗(yan)條件幹度小于(yu)0.1,氣液兩相流動(dong)的🈲型态變化較(jiao)多,而林氏模型(xíng)較适合用于幹(gan)度大于0.1的試驗(yan)條件,這可能是(shì)流量測量誤差(chà)較大的原因。若(ruo)能基于流型來(lai)拟合θ1,測👄量誤差(chà)是可以減小的(de)。
5結論
(1)通過對2種(zhong)測量模型的數(shù)學表達式及部(bu)分試驗結果分(fèn)析後,得出2種測(ce)量方法是有聯(lian)系的，在較爲合(hé)理假設基礎上(shang)重新驗證了模(mó)型1的正确性。由(yóu)兩者内在關系(xì)知,這也能間接(jie)證明模型2的合(he)理性;
2)根據文獻(xian)10]中模型應用範(fan)圍推廣的結論(lùn):,得出文獻📐[8]的測(cè)⛷️量👄方法🤩同樣适(shi)用于其他節流(liu)件;
(3)結合數值模(mo)拟方法和試驗(yàn)研究，設計了--種(zhong)節流損失小🚩、防(fang)🧡堵功能強的錐(zhuī)形孔闆并将其(qí)應用到實際流(liu)量🔅測量中;
(4)通過(guo)本文試驗研究(jiu)得到了文獻01]中(zhong)千度小于0.1時B和(hé)x的關系🔞式,爲此(cǐ)種測量方法應(ying)用範圍的拓寬(kuān)提供了參考依(yī)據;
(5)在試驗條件(jiàn)範圍内,借鑒文(wen)獻11]的測量方法(fǎ),同時，應☎️用本文(wen)設🧡計的錐形孔(kǒng)闆,實現了運用(yong)單一節流件⭐測(ce)量汽液兩相流(liu)量👌的雙參數測(ce)量。

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