基于起旋分相单元的电容式含水率测量系统研究

摘要

随着科学技术的快速发展，多相流流量的测量在天然气、核能、航天等领域变得越来越重要。本研究利用电容式传感器以及文丘里管，通过理论分析、机械设计以及实验室实流实验研发一套起旋分相式含水率测量技术，使电容传感器在含水率测量时能够尽量克服流动形态对其测量的影响，以适用于更宽的相含率测量范围。同时探索一套基于该含水测量手段的组合技术，为多相流参数更加准确方便的测量提供可能。 首先，运用流体动力学原理设计起旋分相单元，并基于该单元设计相应的电容传感器的测量原理。将复杂的气液两相流流动形态转换成气相在中心区域流动，液相沿管壁流动的流动状态，管壁液膜厚度的变化将会引起传感器的容值变化，从而实现测量。分别在中压湿气装置以及三相流装置的进行实验，在体积含水率为0~20%的实验条件，积含水率测量值与真实值的绝对误差在±2%以内。 其次，在第一版传感器的基础上设计了新式传感器结构，并通过实验室实流实验研究该结构下的含水率测量特性；在湿气实验中，体积含水率的绝对误差分布在±0.5%以内。在三相流装置上进行体积含水率为0-88%范围内的气水两相流测试实验，受装置实验管段长度以及连接方式的影响，在实验过程中形成了段塞流现象，但起旋分相式电容传感器在该实验范围内依然具有分辨能力。 然后，在三相流装置上对起旋分相电容式传感器进行油水两相流实验，油中含水率在 0-21.98%范围内时电容测量值随着油中含水率的增加逐渐的增加；在油中含水率为24.05%和24.29%时，电容测量值剧烈的增加以及剧烈的波动，分析认为在该工况下油水两相流出现了油包水和水包油状态的转换点；油中含水率大于27.11%时，电容测量值基本保持不变。 最后，针对竖直向上文丘里的虚高测量模型探索，在De Leeuw虚高模型基础上，对该模型在本研究的实验条件下的应用进行探索。由于本次实验的条件不完全在De Leeuw模型的适用范围内，当Frg>1.5时，气相的相对误差基本稳定在±5%以内；但当0.5

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