基于Chisholm模型的V锥流量计气液分层流测量新模型

针对V锥流量计应用Chisholm模型测量气液分层流时误差较大的问题,采用节流比分别为0.55、0.65和0.75的三个V锥流量计,实验研究了高含气率(体积含气率95%)气液分层流条件下,气、液相流量、压力以及节流比对Chisholm模型修正因子C的影响规律,并建立气液分层流测量模型。结果表明,修正因子C随LockhartMartinelli参数XLM的增大而单调递减,但基本不受压力和气体密度Froude数的影响,而节流比变化则对C有一定影响;建立了C随XLM变化的测量模型,获得了不同节流比的V锥流量计气液分层流测量新模型。对于节流比为0.55和0.65的V锥流量计,分别在94.6%和88.6%置信水平下,新模型预测的气相流量相对误差不超过±3.0%;节流比为0.75时,在91.7%置信水平下,预测的气相流量相对误差不超过±4.0%。     

V锥流量计用于气液两相流测量的数值模拟研究

以计算流体力学CFD为基础,对内径为50mm、等效节流比为0.75的V锥流量计的内部流场进行了数值模拟。分析了V锥流量计在测量单相和气液两相流时的内部流场,并通过引入林宗虎模型得出了V锥流量计测量气液两相流时修正系数与气液密度比等因素之间的关系。结果表明:V锥流量计在用于流量测量时,其流出系数波动不大(0.89左右);在测量气液两相流时,气相会在锥后一定范围内富集,并且压强恢复所需要的直管段长度比测量单相流时所需要的要短;将林宗虎关系式用于V锥流量计时,其修正系数随着气液密度比的增加而降低,并在气液密度比达到0.328时,修正系数的值接近于1。     

基于双锥流量计差压信号的气液两相流参数测量

设计了一种结构简单、加工工艺要求较低的双锥流量计,在此基础上提出了基于单个差压式流量计的气液两相流参数测量方法。提取双锥流量计差压波动信号的无量纲特征值,利用该参数建立气相体积含率的测量模型。通过对双锥流量计差压信号均值的分析表明,Lockhart-Martinelli常数与准气相流量比存在优良的线性关系,根据该线性关系建立了双锥流量计气液两相流流量测量模型。在气水两相流装置上开展了实验研究,结果表明,所建立的分相含率测量模型可在实验范围内对气相体积含率进行有效的测量,测量相对误差在8%以内;对气液两相流总流量和液相流量的测量误差可在5%以内。     

涡街流量计测量气液混相流的不确定度

涡街流量计可用于部分混相流的测量,但迄今为止有关混相流对涡街流量计测量特性的影响还缺少理论研究和实践经验.在体积含气率为2.0%～15.0%的范围内,评定了用涡街流量计测量气液混相流的不确定度,提出涡街流量计测量气液混相流的不确定度计算式.实验以空气和水为介质产生气液混相流,涡街信号通过管壁差压法采集,涡街频率通过功率谱分析获得.结果表明在保持涡街流量计一定测量准确度的前提下,涡街流量计相对扩展不确定度随气液混相流流量及其体积含气率的分布比较均匀;在涡街频率测量的不确定度分量中,由重复性和复现性引起的相对标准不确定度随流量的变化呈现出较强的随机性,而由频率分辨率引起的相对标准不确定度则随着流量的增加而减小.在本研究的流量与体积含气率范围内,由气液混相流引起的涡街流量计附加相对不确定度小于2.0%.这一研究为分析气液混相流对涡街流量计测量特性的影响提供了有益的借鉴.     

基于单片机的内锥式流量计的设计

设计的流量计的节流装置为V形内锥式,该装置打破了传统的将流体通过节流装置收缩到管道中心轴线附近的概念,利用同轴安装在管道中的V形尖圆锥将流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁,通过测量此V形内锥体前、后的压差来测量流量。这种V形内锥式流量计能在更短的直管段条件下,以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确、有效的流量测量。将基于单片机的内锥式流量计应用于舰船空气搅拌系统的气体流量的测量,实验结果表明：基于单片机的内锥式流量计具有体积小、重量轻、测量精度高和使用安全方便的特点。     

基于文丘里管的页岩气试采期段塞流测量补偿方法

为探索页岩气段塞流气液两相流量的测量方法,以Chisholm模型为基础,利用量纲分析法建立了文丘里湿气虚高模型和液相求解方法,并用其预测段塞流液膜区的气液相流量测量。同时,假设段塞流的液塞区为均相流,基于段塞流闭合模型和文丘里均相流模型,建立了液塞区气液相流量与液膜区气相流量的关系。提出利用一种以管道压力信号、文丘里收缩段与扩张段差压信号判断液塞来临的新方法,并加入逻辑回归法提升对液塞来临判断的准确性。在间歇性段塞流某页岩气平台井口进行了19 d的在线测试比对,结果表明,与大型气液计量分离器相比,文丘里湿气测量系统在加入了段塞流补偿方法后,气相测量19 d累计偏差从14%改善至1.08%,液相累计偏差从-57%改善至-11%。     

V锥流量计在蒸汽测量中可膨胀系数的实验研究

利用蒸汽实流检测装置分别在不同工况条件下,开展了L悬臂梁V锥流量计的可膨胀系数ε实验测试,实验样机为DN50mm和DN100mm两种口径,其等效直径比β有0.55、0.65、0.75这3种规格,建立V锥流量计在蒸汽介质条件下的可膨胀系数拟合方案,利用实验数据拟合得到了V锥流量计在蒸汽介质条件的可膨胀系数经验拟合公式。实验结果表明:蒸汽介质条件下的拟合公式与空气介质条件的经验拟合公式存在偏差,最大可能会引起5%的计量偏差。     

基于文丘里管的页岩气试采期段塞流测量补偿方法

为探索页岩气段塞流气液两相流量的测量方法,以Chisholm模型为基础,利用量纲分析法建立了文丘里湿气虚高模型和液相求解方法,并用其预测段塞流液膜区的气液相流量测量。同时,假设段塞流的液塞区为均相流,基于段塞流闭合模型和文丘里均相流模型,建立了液塞区气液相流量与液膜区气相流量的关系。提出利用一种以管道压力信号、文丘里收缩段与扩张段差压信号判断液塞来临的新方法,并加入逻辑回归法提升对液塞来临判断的准确性。在间歇性段塞流某页岩气平台井口进行了19 d的在线测试比对,结果表明,与大型气液计量分离器相比,文丘里湿气测量系统在加入了段塞流补偿方法后,气相测量19 d累计偏差从14%改善至1.08%,液相累计偏差从-57%改善至-11%。     

应用文丘里管和空泡份额传感器测量油气两相流的实验研究

油气两相流流量测试技术一直是油田两相流研究的重要领域,对油井产能评估和油田的现场管理意义重大.但由于缺乏高精度的测量装置以及气液间滑速比的存在,一直很难获得高精度的两相流的相流量.今利用文丘里管和空泡份额传感器对油气两相流流量测试方法进行了理论和实验研究,首先采用辐射式的空泡份额传感器对流动管道的截面含气率进行了测量,进而计算得到混合物的密度;然后利用喉径比为0.45的经典文丘里管测量得到了两相流总质量流量.在此基础上,考虑了油、气两相界面滑速比对气相流量计算产生的影响,改进了传统的均相流模型,得到了气液两相流气相流量新的计算方法.实验结果表明,利用该方法计算得到的油气两相流总流量、液相流量以及气相流量都具有较高的精度,能够满足现场测试要求,从而为现场测量提供了一种新的计算方法.     

矩形小通道内气液两相流垂直向上流动特性

以氮气和水为实验介质,利用高速摄像机对水力直径为1.15 mm的矩形小通道内的气液两相垂直向上流动特性进行可视化研究,依次得到泡状流、弹状流、搅拌流和环状流4种典型的流型图像。针对小通道内气泡之间相互无遮掩性的优势,运用图像处理技术对流型图像分形增强,检测气泡边缘并填充后根据提出的气相体积模型,得到两相流动的含气率。结合实验数据,根据分液相Reynolds数把流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对Chisholm关系式进行修正,结果表明：修正后的压降模型能较好地预测本文实验结果。     

基于截面气含率的文丘里湿气压降模型

运用两相流理论对湿气中的气相与液相流动进行分析,在分层流与环雾状流的条件下推导了两相流通过水平标准文丘里流量计的理论模型.通过分别考虑截面气含率、相间摩擦以及液滴夹带等因素,在文丘里轴向对湿气流动中的气相动量方程进行求解.通过对水平直管中的截面气含率公式进行修正,建立了适用于收缩管道的截面气含率模型,并在此基础上模拟了湿气流经标准文丘里时其两个取压孔之间的轴向静压分布.实验证实,使用修正后的截面气含率公式将使模型对文丘里压降的预测准确度明显提升,其相对误差在15%以内.该模型以湿气两相流在水平文丘里中的流动形态为依据,具有较充分的物理背景,而且在推导过程中较少依赖特定实验装置与数据,为建立具有一定普适性的文丘里湿气计量模型奠定了基础.     

Experimental study on prediction model of wet gas pressure drop across single-orifice plate in horizontal pipes in the low gas phase Froude number region

The pressure drop prediction of wet gas across single-orifice plate in horizontal pipes had been solved satisfactorily under an annular-mist flow in the upstream of orifice plates. However, this pressure drop prediction is still not clearly determined when the upstream is in an intermittent flow or stratified flow, which is corresponding to a region of low Fr_G (gas phase Froude number) in the flow pattern map of wet gases. In this study, the wet gas pressure drop across a single-orifice plate was experimentally investigated in the low Fr_G region. By the experiment, the flow pattern transition in the downstream of single-orifice plates, as well as the effects of Fr_G and Fr_L (liquid phase Froude number) on Φ_G (gas phase multiplier), were determined and compared when the upstream is in the flow pattern transition and the stratified flow region, respectively. Prediction performances were examined on the available pressure drop models. It was found that no model could be capable of jointly predicting the wet gas pressure drop in the low Fr_G region with an acceptable accuracy. With a new method of correlating Fr_G and Fr_L simultaneously, new correlations were proposed for the low Fr_G region. Among which the modified Chisholm model shows the best prediction accuracies, with the prediction deviations of Φ_G being within 7% and 3% when the upstream is in flow pattern transition and stratified flow region, respectively.     

污水流量监测中流量计的选择

由于污水具有流量变化大、含有杂质、具有导电性和腐蚀性的特点,导致其流量计的选择比较复杂。从被测对象、流量计性能、安装条件、使用环境、经济成本等方面,对电磁流量计、超声波流量计、V锥流量计进行了对比分析,为污水流量监测过程中流量计的合理选用提供参考。     

两相流在扁平T型管中压降特性的实验研究

两相流在普通T型管中的压降特性已经得到充分研究,但是鲜有文献关注侧管为扁平管的T型管（扁平T型管）中的压降特性。以R134a作为工质,对水平放置扁平T型管进行了压降特性的实验研究。结果表明,现有的微通道摩擦压降经验关联式不能够准确预测两相流在微通道扁平管的摩擦压降。通过实验数据的拟合,得到了干度范围为0.01～0.45,流量范围为0.7～3 g/s的分层流在微通道扁平管中的摩擦压降经验关联式,并对Chisholm模型中气液两相相互作用系数C进行修改,使其能够预测主管进口流量在1.1～5.3 g/s,进口干度在0.03～0.26,流量分离比在0.1～0.8时的分层流从集管流入微通道扁平管时的不可逆压降。     

海上含液天然气流量计开发

阐述在线多相流量计的开发原理和国内外低含液率气液两相流计量技术研究的主要技术路线.结合海上含液天然气流量计开发工作,全面系统地总结了流量计开发的技术路线和研究成果.详细介绍槽式孔板的单相流与两相流测量特性、基于双槽式孔板组合测量原理与软测量技术的流量计计量算法等内容,指出了需要进一步深入研究的方向.     

气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计

快关阀法(quick closing valve,QCV)是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性,不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。首先,采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速,根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列,采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率;在此基础上,再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。通过分析持气率序列波动,从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。最后,在快关阀门间距为1.55 m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析,证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。     

基于自适应最优核和卷积神经网络的气液两相流流型识别方法

为了研究气液两相流的动态特性,以及解决提取的特征值少而没有代表性导致识别率不高的传统问题,利用V锥流量计和动态差压传感器获取气液两相流在不同流型下的波动信号,采用自适应最优核算法对获取的动态信号进行时频分析,把一维时域信号转换为三维的时频谱图,能够清晰描述出管道内气液两相流的流动状态。将不同流型的时频谱图通过卷积神经网络（CNN）进行学习并自动提取相应的特征值,然后使用Softmax分类器进行训练从而实现流型识别。通过对几种常见流型进行试验与分析发现,采用时频谱图结合卷积神经网络的深度学习方法识别气液两相流流型,克服了传统流型识别方法特征值提取的不足之处,能够更贴切地描述气液两相流的动态特征。此方法可以进一步研究更多种类的流型以及空隙率等。     

气液喷射器的结构设计与性能分析

喷射式环流反应器是一种高效的多相反应器，由于其具有良好的传热、传质和混合特性，目前已被广泛应用于生物、化学、制冷和环境保护等工程领域。气液喷射器作为喷射式环流反应器的核心部件之一，其结构尺寸对环流反应器的传质特性和适用环境都具有显著影响。为考察结构尺寸对喷射器性能的影响，本文根据其工作原理，设计了一台模试气液喷射器，并通过冷模试验对其进行性能测试研究。试验结果表明：气液喷射器的引气能力主要取决于其混合喉管与喷嘴出口截面比f₃/f₁以及喷射器进出口压力降Δp_p/Δp_c，而环流反应器的气含率仅与喷射器的液相射流量和气体引射量有关。相同液相流量条件下，喷射器的最大引射空气量随截面比f₃/f₁的增大而增大，反应器内的平均气含率随之增加；提高液相射流与引射气体的速度差能够加强两股流体间的剪切作用，使气泡更易发生破碎。当喷射器的气液比大于2.6时，反应器内的混合流体可达到乳化状态。