两相流双参数测量实验计算

两相流流量测量实验参考计算双参数测量原理：由孔板压差op，和两相流为均相流动的假定，有：oMoMpAQ2（5－1）其中，GLMQQQ是气、液混合物的体积流量，LQ和GQ分别是液和气的体积流量；AGALM)1(是混合物的密度，L和G分别是液和气的密度，A是截面平均含气率。对于压差测量管段，有：fMLpgHppgHp212（5－2）其中，上式左面是测压管到电容压差计左边的压力和，右面是通过测压实验段到电容压差计左边的压力和，见图5－2（a）示。fp是测压实验段内两相混合物的摩阻压力降，可以用单相流公式估算22MMfUDHp（5－3）其中，是摩阻系数，可以用单相流动公式估算；MU是混合物平均流速；D是实验管内径。在测量获得op和1p，可以由式（5－1）和（5－2）辅以式（5－3）联立求得LQ和GQ。2pL1pM2pL1pLHhgHpLAoH测压管实验段电容压差计孔板（a）（b）（c）图5－2、测压实验段和竖直管道上的孔板将式（5－1）和（5－3）代入式（5－2）并简化，得到：gHpAADHpooLM)2)(21(2221（5－4）其中，)21(2ADH和)2(22oA可以通过单相流标定实验由（5－3）式和（5－1）式分别确定。在求得M后，再由式（5－1）求得MQ和A，最终决定LQ和GQ，具体计算结果见表5－1、5－2。如果假定电磁流量计测量的是空气－水两相混合物的真实体积流量MdQ，则可通过式（5－1）直接计算混合物的密度M，但电磁流量计测量两相流误差巨大（计算略）。要注意的几个问题：H21、测压段的电容压力传感器的读数在压差是零点时是2000Pa（此数对不同实验条件有变化，按实际测压段压差为零时测量值算），因此所有压力读数应减去2000Pa。2、在计算阻力时，由于流动都是向上流动，阻力均设定是正值，并且流速越高、阻力越大。3、两相流情况下，测压段压降可能是“负”的，这时在测压段内的气体体积小而摩阻大。4、对低速流动，孔板取压段是两相流且空泡率较大，因此孔板压差要修正，如图5－2（c）示，真实压差=po+ALgH，H=65mm，也就是孔板两个取压孔间的距离，po是压差测量值，A可用估计值。表5－1、单相流标定结果序号单相水流量LQ(m3/hr)孔板电容压差计读数(100Pa)测压段电容压差计读数*(100Pa）实际摩阻*(100Pa))21(2ADH107（1/m4）)2(22oA10-7(m4)电磁流量计读数MdQ(m3/hr)转子流量计真实流量(标定值)10.500.319.50.50.2676.247.10.49320.962.218.71.30.1833.137.70.94531.9810.015.44.60.1522.959.11.9642.9823.014.65.40.0792.9710.62.9553.9938.813.96.10.0503.1612.04.00*测压段压差读数需减去零点的2000Pa，测压段长度H＝1273mm。管道内径D=26mm。表5－2、两相流测量结果序号空气流量*(m3/hr)水转子流量计(m3/hr)孔板电容压差计op(100Pa)测压段电容压差计(100Pa)测压段实际压降1p(100Pa)电磁流量计读数MdQ(m3/hr)M式(5-4)(kg/m3)QM(m3/hr)QL(m3/hr)QG(m3/hr)10.630.481.067.647.649.36021.500.900.6020.630.994.250.730.749.57311.761.290.4730.632.1913.527.67.615.68842.492.210.2840.633.0627.017.1-2.912.79683.283.190.0950.633.9747.214.4-5.612.39834.454.380.0760.250.510.2545.525.537.77891.140.900.2470.250.973.035.415.426.38561.301.120.1880.252.0911.520.50.511.29482.222.110.1190.253.0525.514.3-5.710.79933.153.130.02100.253.9944.114.2-5.812.39894.274.240.03*空气流量已经进行压力修正。(由于气管路压降主要发生在调节球阀和气泡发生器，转子流量计处压力等于储气罐压力，流经实验段气体实际气体体积流量Q修正为Q＝（P流量计/P试验段）0.5Q示，压力为绝对压力。)结果分析和讨论：1、孔板所测量的混合物流量MQ在高流速的情况下比较准确，电磁流量计只有对低空泡高速流动能近似测量体积流量。2、低速流动时，空泡率测量比较准确，但孔板测量混合物流量精度较差；提高孔板测压精度和进行压差平均，并进行图5－2(c)所示的修正，可以提高精度；另外，可以针对小流量，用小孔径孔板，可以提高精度。3、高速流动的空泡率测量精度差，原因是高速两相流（泡状流）的摩擦阻力要比同等体积流量的单相液体流动的摩阻高30％～100％以上，即使是对于空泡率A只有0.01,其阻力也要增加许多；泡状流阻力增加的机理是，流动中气泡在液体流速梯度的剪切产生的升力作用下，集聚于管壁附近，使管壁上液体速度梯度加大而导致阻力剧增。4、两相流流量测量是一个尚未解决的课题，其困难来源于两相流动本身的复杂性和我们对其认识的不足。在工程实践中的真实两相流远比实验室的两相流复杂、多变，更待我们去研究解决。